第四章 辅助存储设备 保存数据和信息 计算机导论(4) Chapter 4 Storage Hardware

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1 第四章 辅助存储设备 保存数据和信息 计算机导论(4) Chapter 4 Storage Hardware
Preserving Data & Information 莆田学院现代教育技术中心 年12月

2 本章主要内容 Key Questions 4.1 辅助存储设备概述 主存储器和辅助存储器有何区别？基本文件类型有哪些? 4.2 磁带存储器
数据在磁带上如何保存？ 4.3 软盘存储器 软磁盘有哪些主要特性？ 4.4 硬盘 硬盘有哪些主要特性和类型? 莆田学院现代教育技术中心 2003年12月

3 本章主要内容 Key Questions 4.5 光盘 什么是光盘?如何使用光盘? 4.6 备份的重要性 计算机用户为何需要进行数据备份？
4.7 其他类型的辅助存储设备 什么是闪存？ 莆田学院现代教育技术中心 2003年12月

4 莆田学院现代教育技术中心 2003年12月

5 4.1 辅助存储设备概述 Storage Fundamentals

6 为什么要使用辅助存储器?P4.2 计算机工作时,所使用的程序和数据都必须存放在主存储器(RAM)中。 RAM中存储的信息断电时将全部消失。
为此计算机必须为用户提供能永久性地（直到被删除）保存程序和数据的辅助存储器，如软盘和硬盘。 可以把辅助存储器比作某种有抽屉橱柜，主存储器好比工作桌面。 辅助存储器的存储容量同样可以用KB、MB、GB等表示。 莆田学院现代教育技术中心 2003年12月

7 文件类型 程序文件 数据文件 存放数据，而非程序 ASCII文件 .txt (典型文件名)
源程序文件 用高级程序设计语言编写的文件 可执行文件 .exe 和 .com 文件 安装文件 setup.exe（Windows文件夹中） install.exe（MS-DOS命令状态下） 数据文件 存放数据，而非程序 ASCII文件 .txt (典型文件名) 图像文件 .bmp .jpg .gif (典型文件名) 音频和视频文件 .wav .mid .mpg .avi 等 莆田学院现代教育技术中心 2003年12月

8 4.2 磁带存储器 Tape Storage 莆田学院现代教育技术中心 2003年12月

9 磁带存储器 主要用于大型计算机系统——数据备份。
主要优点：存储容量大，存储成本低。微型计算机用的规格为1/4英寸盒式磁带可以存储多达20GB的数据。使用2～3英寸带盒的DAT (数字音频磁带)存储容量为2～24 GB。 主要缺点：顺序存取，存取不便且速度不高。 莆田学院现代教育技术中心 2003年12月

10 4.3 软盘存储器 Diskette Storage

11 软盘与软盘驱动器 软盘是一种常见的外部存储器 软盘驱动器是软盘的存取设备 莆田学院现代教育技术中心 2003年12月

12 软盘结构 莆田学院现代教育技术中心 2003年12月

13 软磁盘有哪些主要特性？P4.10 磁道和扇区 (Tracks and sectors)
未格式化盘和已格式化盘 (Unformatted versus formatted diskettes) 存储容量 (Data capacity) 写保护特性 (Write-protect features) 莆田学院现代教育技术中心 2003年12月

14 磁道和扇区 软盘格式化后被分成若干个磁道，每个磁道又分为若干个扇区，每个扇区存储512个字节。 莆田学院现代教育技术中心 2003年12月

15 磁道 (tracks) 磁道是一组同心圆，一个磁道大约有零点几个毫米的宽度，数据就存储在这些磁道上。 一个1.44M的软盘，它有80个磁道，每个磁道有18个扇区，两面都可以存储数据。我们能这样计算它的容量： 80×18×2×512≈1440K≈1.44M。 莆田学院现代教育技术中心 2003年12月

16 扇区 (sectors) 一个磁道上可以容纳数KB的数据，而主机读写时往往并不需要一次读写那么多，于是，磁道又被划分成若干段，每段称为一个扇区(Sector)。一个扇区一般存放512字节的数据。扇区也需要编号，同一磁道中的扇区，分别称为1扇区，2扇区 …… 莆田学院现代教育技术中心 2003年12月

17 软盘驱动器工作过程 马达带动软盘的盘片转动，转速大概为每分钟300转，磁头定位器是一个很小的步进马达，它负责把磁头移动到正确的磁道，由磁头完成读写操作。 莆田学院现代教育技术中心 2003年12月

18 软盘的存储容量 早期：5-¼“ 盘 1.2MB 现在：3-½" 盘 MB 莆田学院现代教育技术中心 2003年12月

19 3.5”软盘 结构图 莆田学院现代教育技术中心 2003年12月

20 写保护特性 软盘提供了一种简单的写保护方法，3寸盘是靠一个方块来实现的， 拔下去，打开方孔就是写保护了。写保护是个非常有用的功能，可防止误写操作，也避免病毒对它的侵害。 反之就是取消写保护，这时可以往文件里面写入数据，或修改盘上文件。 打开方孔 启用写保护 关上方孔 取消写保护 莆田学院现代教育技术中心 2003年12月

21 软盘格式化 新的软盘在使用前，都要被以一定方式“格式化”(format)，格式化后的磁盘才可以存储数据。所谓“格式化”就是在软盘上按一定标准划分出所谓“磁道”和“扇区”。比如常规情况下，一张3.5英寸软盘格式化容量为1.44M，它的每一面被划分成80磁道（同心圆），每磁道18扇区。数据被存放在这些磁道扇区上，在读取数据时，也会以这些磁道扇区为基准进行检索。 现在市场上购买的软盘一般都是预格式化过(preformatted)。 软盘格式化后，盘上所有数据将被全部清除。 莆田学院现代教育技术中心 2003年12月

22 格式化方法 MS-DOS状态下 format a: Windows桌面“我的电脑”窗口中 在A盘图标上按鼠标右键，选取“格式化”菜单项。
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23 “钥匙盘”:似乎很神秘… 一般情况下，相同格式化后的磁盘间的数据可以相互拷贝，因此，也就容易发生软件被非法使用的情况。
许多软件（如全国计算机等级考试软件）安装或运行时需要在软驱中插入专门的“钥匙盘”。你可以很轻易地把这张盘复制到另外一张3.5英寸软盘上，但复制盘却不能运行。同样，如KILL、瑞星等杀毒软件也是如此。这就是因为拷贝程序不能把原盘上的那些校验信息拷走的缘故。因此，这些软件厂商通过钥匙盘的方式减少了非法使用。 莆田学院现代教育技术中心 2003年12月

24 “钥匙盘”的秘密 钥匙盘在磁盘上创建并使用了非标准的磁道或扇区，并且在这些特殊位置上存放了一些特别信息，甚至在盘片上用激光打出特定的标志点。这样在软件运行时，程序会驱动磁头寻找特殊磁道扇区或标志点，并读取校验那些特别信息，如果正确，程序才可以继续运行。显然，这些位置是隐蔽的，不能被一般的拷贝软件复制，否则就没有意义。 不过，钥匙盘挡住了普通用户的复制行为，对于程序高手却是小菜一碟。由于软盘结构简单，加上钥匙盘加密技术已经广为流传，所以一些破解者对付钥匙盘早已触类旁通，他们可以通过磁盘工具静态分析磁盘上的特殊位置并复制，也可以动态跟踪程序读写检验动作，分析加密点。更有甚者，他们编写针对某类钥匙盘的仿真程序，运行这个程序，就可以在另一张空白盘上模拟出假的钥匙盘来，结果，使得采用钥匙盘加密的商家深受其害。 莆田学院现代教育技术中心 2003年12月

25 使用软盘应注意什么？ 软盘的优点是价格低廉，贮存和携带方便。重要和机密的数据可以脱机保存。
软盘本身具有的一些天生弱点，除了存储容量小，还有速度低、易磁化、易潮霉、易折损等缺点。在使用软盘时，需要注意：不要划伤盘片，盘片不能变形、不能受高温、不能受潮、不要靠近磁性物质等等。 使用大容量闪速存储器且小巧玲珑的“优盘”有取代软盘的趋势，所以有人说“闪存是软驱终结者”。 莆田学院现代教育技术中心 2003年12月

26 4.4 硬盘 Hard Disks 莆田学院现代教育技术中心 2003年12月

27 硬盘的组织结构 P4.13图4.8 硬盘的结构： 硬盘的结构和软盘差不多，是由 磁道(Tracks) 扇区(Sectors)
盘片 硬盘的结构： 硬盘的结构和软盘差不多，是由 磁道(Tracks) 扇区(Sectors) 柱面(Cylinders) 磁头(Heads) 组成的。 读写磁头 电机转轴 莆田学院现代教育技术中心 2003年12月

28 硬盘的接口类型 硬盘的接口类型主要分为EIDE和SCSI两种。
　 早期的EIDE接口硬盘采用了PIO Mode 4模式，其传输速率可以达到16.6MB／s，后来由于采用了UltraDMA／33(或称ATA－4)技术，传输速率一下子提高到了33.3MB／s。如今主流的新一代Ultra DMA／66接口硬盘，其接口界面已经获得了Intel与世界八大主要个人电脑制造商以及全部硬盘制造商的支持，数据传输率比UltraDMA／33翻了一倍，达66MB／s。而更高的Ultra DMA／100和Ultra DMA／166目前也已经在酝酿之中。 　　SCSI接口硬盘的基本数据传输率是20MB／s(8bit,50线)。在应用了Ultra WIDE标准后，其传输速率可以达到40MB／s；采用Ultra2 WIDE SCSI标准后，其传输速率还可以升至80MB／s(16bit,68线)；而采用Ultra 160／m SCSI标准接口后，其传输速度更可以飙升到160MB／s。另外，目前还有一种采用FC－AL光纤通道接口的硬盘，其传输速率可以达到100MB／s的数据传输率。 莆田学院现代教育技术中心 2003年12月

29 EIDE接口 EIDE-”增强型智能磁盘设备” 通过扁平电缆将硬盘或光驱连接到个人计算机上 最多可连接四个硬盘(或光盘) 结构简单,价格较低
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30 SCSI接口 用于MAC计算机和高档PC机(主要是服务器) 可串接7～15个外设 数据传输率高 价格较高
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31 硬盘：0磁道损坏 盘片最外圈的磁道为第0磁道，存放所谓“硬盘主引导记录”(硬盘本身的管理程序）。0磁道损坏，将使硬盘无法使用。 如何修复?
ftp:// / 文件夹 《计算机导论》课件 《图解：用DE修复0磁道损坏硬盘.htm》等 莆田学院现代教育技术中心 2003年12月

32 硬盘跳线：主盘和从盘 通常情况下，一台计算机只能有一个硬盘作为启动盘（主盘）。硬盘出厂时默认设置为主盘状态。
使用多个硬盘时，必须通过硬盘上的跳线设置，规定所用硬盘在计算机系统中作为主盘（可作启动盘）或仅作为从盘使用。 右视图 跳线设置处 莆田学院现代教育技术中心 2003年12月

33 硬盘跳线设置 PK：当这个跳线短接时，磁头被固定在安全位置，防止运输过程中磁头的移动。
CS：此方式利用经过特殊处理的数据线来设定主盘和副盘，第28根数据线为选择线，有则为主盘，无则为副盘，这种方法很少见。 DS：当这个跳线短接时，硬盘作为主盘 (Master)。 SP：当这个跳线短接时，硬盘作为副盘 (Slave)。 跳线设置 莆田学院现代教育技术中心 2003年12月

34 使用硬盘应注意什么? 硬盘盘片表面极为精细，与磁头的间距极其微小。当盘片开始高速转动后，会带动周围的空气产生气流成为“阻尼”效应，使得磁头可以浮起来，磁头就是靠这气流浮在盘片上，很细微的灰尘也会将其划伤。正因为如此，硬碟很怕震动，更怕摔了，一旦稍微用力的震动，就可能会造成磁头与碟片碰触，磨损碟片，轻则造成此部分硬盘永远无法读写任何资料，重则整个硬盘报废。所以，硬盘是电脑中最小气的部件之一，一个很小的磕碰或是震动，就可能让它报销掉，我们在移动硬盘的时候必须非常小心。 因此，硬盘的盘片、磁头、定位机构、空气过滤器等均被密封在空气洁净度极高的盘腔内，所以用户在任何时候都不要自己拆卸硬盘，打开盘腔（除非打算报废硬盘）。 莆田学院现代教育技术中心 2003年12月

35 4.5 光盘 Optical Disks 莆田学院现代教育技术中心 2003年12月

36 光存储技术概述 当个人电脑还刚为普及时，信息的交换往往都是通过软盘来实现，也就是我们所熟悉的 3.5 英寸盘以及 5.25 英寸盘。这两个存储介质的容量相当小，前者为1.44MB，后者为1.2MB。虽然对于当时，这个容量已经绰绰有余。它的另一个弊端就是，两者的数据可靠性都很低，其坏损率相当高，可能放在软驱读读盘都会发生错误。而进入90年代，随着电脑技术的发展以及信息交流量的爆炸性增长。软盘已经逐步面临被淘汰的境地。人们迫切希望于大容量存储解决方案，这时候，光存储设备/介质进入了我们的世界当中。 目前我们接触到的光存储设备有CD-ROM、CD-R/RW、DVD-ROM、DVD-RW、DVD-RW、DVD-RAM以及COMBO等。 参考网站 莆田学院现代教育技术中心 2003年12月

37 CD-ROM光盘 最常见的光盘是CD-ROM。一张CD-ROM光盘的最大存储容量约为650M，74分钟的高质量视频/音频文件，相当于460多张软盘的存储容量。 CD-ROM是“只读光盘”，所谓“只读”是指盘上的信息是在制盘时制作上去的，不能由用户写入或擦除。 莆田学院现代教育技术中心 2003年12月

38 CD-ROM Drive（光驱） 大部分个人计算机都内置有光驱。
从最初的单倍速CD -ROM光驱问世以来，CD-ROM光驱已经有十多年的历史，目前最为普遍的已经是52X（52倍速)的 了。 “52X”表示光驱最大读盘速度是52“倍速”。 1倍速=150k/s 莆田学院现代教育技术中心 2003年12月

39 CD-ROM的工作原理 光驱从盘片螺旋磁轨的一个个“槽”中读写数据。“槽” 位于金属层内，是光盘中储存信息的地方。光驱在读盘时从盘片的里圈到外圈，以一束波长为780纳米的红外线激光，通过透明的光学层并照射反射金属层。 一台CD-ROM光驱从一张CD螺旋磁轨的一个个“槽”中读写数据。“槽”（pit）位于金属层内，是光盘中储存信息的地方。光驱在读盘时从盘片的里圈部分到外圈部分，以一根780纳米宽的红外线激光，通过透明的光学层并冲击反光金属层。这虽然功率很小，但如果直射，其威力足以伤害到我们的眼睛。在金属层中，在“槽”的周围部分，叫作“平台”（land）。虽然它没有存储数据，但在实际工作中也担当了一个角色。反射的光经过一个棱镜到一个光学传感器上，其输出的光必须等同于其受到的光。从“槽”所反射的光和“平台”的光相差180度的相位，通过改变进入光盘的波长或者DAC转换进行读写操作。微弱的激光直接接触CD表面，是不会伤害磨损CD表面的。 莆田学院现代教育技术中心 2003年12月

40 “槽”和“平台” 金属层中，在“槽”的周围部分，叫作“平台” 。反射的光经过棱镜到光学传感器，其输出的光必须等同于其受到的光。从“槽”所反射的光和“平台”的光相差180度的相位。 莆田学院现代教育技术中心 2003年12月

41 CD-R：一次性刻录光盘 CD-R使用了有机染料层来代替CD-ROM中的铝制薄片。这些染料都是有机感光混合物。
一台CD-R刻录机在有机染料层中利用775～795纳米的激光烧出“槽”。当加热到临界温度时，被烧录过的区域产生了化学反应可以反射光，而没有烧录过的区域则无法反射。当在CD-ROM进行读取操作时，CD-ROM就以光的反射来判断读数。 莆田学院现代教育技术中心 2003年12月

42 CD-RW ：可反复刻录的光盘 CD-RW在结构和CD-ROM以及CD-R是基本相同，所不同的就是，为了可以反复擦写，其材料上有了明显的不同。CD-RW的记录层象三明治一样被两层电介质层夹在中间，电介质层的作用就在写操作时，吸收从相位改变层所额外的热量。在CD-R盘片有机染料记录层的位置上，CD-RW使用一层混合银、铟、锑以及碲的晶体混合物。这种混合物有着相当特殊的性质——在不同的温度下可以形成不同的物理性质，结晶体和非结晶体——当进行刻录和复写时，CD-RW刻录机就发射不同的激光，让晶体混合物转换状态，达到重复刻写。 莆田学院现代教育技术中心 2003年12月

43 CD-RW结构 莆田学院现代教育技术中心 2003年12月

44 DVD-ROM：超高容量的CD-ROM DVD是一种新型的存储标准，全称Digital Versatile Disc（数字通用光盘），是由10家厂商所组成的DVD联盟所制定的海量存储解决方案。 从电脑的角度讲，DVD就是高容量的CD-ROM，故此又称为DVD-ROM。CD-ROM的最大存储容量是650M，而现有的三种DVD规格都大大超过这个容量。单面单层型：4.7GB；双面单层型：8.5GB；双面双层型：17GB（532分钟的高清晰度电影）。 莆田学院现代教育技术中心 2003年12月

45 不仅是容量…… 理论上来讲，单倍速CD－ROM的传输速率是150KB/s，而DVD－ROM的1x则是1358KB/s。
由于DVD-ROM可以根据盘片的不同而产生不同的激光波长，所以DVD-ROM是可以兼容CD-ROM的。 莆田学院现代教育技术中心 2003年12月

46 DVD驱动器 莆田学院现代教育技术中心 2003年12月

47 DVD-RAM：可刻录的DVD 是一种可擦写的DVD格式。由东芝、松下以及日立三家推出。
随着“康宝”等产品的推出，市场份额逐步被压缩。濒临淘汰。 莆田学院现代教育技术中心 2003年12月

48 康宝:多了刻录功能的DVD-ROM COMBO DRIVES，即“康宝”，是指集CD-ROM、DVD-ROM、刻录机（CD-RW）三者为一体的一种新型光盘驱动器，在功能方面，它既能读CD-ROM光盘，又能读DVD-ROM光驱，甚至还可以刻录CD-R和CD-RW光盘。正因为它具那么多的功能，不少厂商称之为全能光盘驱动器。 随着三星COMBO成功后是众多厂商的跟进，各种品牌的COMBO在短短半年时间里如雨后春笋般应允而生。包括LG、BenQ、飞利浦、源兴、大白鲨等品牌先后进入市场。如今，COMBO从最初的16X已经发展到40X甚至48X。 莆田学院现代教育技术中心 2003年12月

49 康宝示例：三星 SM-348B/8MB 莆田学院现代教育技术中心 2003年12月

50 康宝示例：三星 SM-348B/8MB 接口类型：ATAPI/EIDE DVD-ROM读取速度：16X CD-ROM读取速度：48X
CD-R刻录速度：48X CD-RW擦写速度：24X 缓存区容量：8MB 莆田学院现代教育技术中心 2003年12月