第八章 輔助存儲(chǔ)器

第八章輔助存儲(chǔ)器第一頁，共四十七頁，2022年，8月28日硬盤1、硬盤的結(jié)構(gòu)與硬盤的工作原理2、硬盤的主要技術(shù)指標(biāo)3、硬盤發(fā)展的最新動(dòng)態(tài)硬盤按其接口類型，主要有IDE、RATA、SCSI等種類。IDE接口有40/80針，最初是為AT結(jié)構(gòu)的電腦設(shè)計(jì)的，又稱為ATA接口。標(biāo)準(zhǔn)IDE接口只支持兩個(gè)設(shè)備，每個(gè)硬盤的最大硬盤空間也只能到528M字節(jié)；現(xiàn)在普遍使用增強(qiáng)型IDE(EIDE)標(biāo)準(zhǔn)，它最多可支持4個(gè)設(shè)備，支持大容量的硬盤。SCSI接口有許多先進(jìn)的特性，比如傳輸速率更高、可管理的設(shè)備更多等等。第二頁，共四十七頁，2022年，8月28日存儲(chǔ)設(shè)備——磁盤存儲(chǔ)器對(duì)磁盤的直觀認(rèn)識(shí)第三頁，共四十七頁，2022年，8月28日硬盤的磁道、扇區(qū)、柱面柱面扇區(qū)磁道硬盤片是由涂有磁性材料的鋁合金構(gòu)成讀寫硬盤時(shí)，磁性圓盤高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的托力使磁頭懸浮在盤面上而不接觸盤面硬盤容量視具體類型而定硬盤片讀寫磁頭第四頁，共四十七頁，2022年，8月28日硬盤內(nèi)部的主要組成部分有：記錄數(shù)據(jù)的剛性磁片；馬達(dá)；磁頭及定位系統(tǒng)；電子線路、磁道(Tracks)、扇區(qū)(Sectors)、柱面(Cylinders)和磁頭(Heads)組成的。。拿一個(gè)盤片來講，它和軟盤類似，上面被分成若干個(gè)同心圓磁道，每個(gè)磁道被分成若干個(gè)扇區(qū)，每扇區(qū)通常是512字節(jié)。硬盤的磁道數(shù)一般介于300-3000之間，每磁道的扇區(qū)數(shù)通常是63，而早期的硬盤只有17個(gè)。第五頁，共四十七頁，2022年，8月28日磁片被固定在馬達(dá)的轉(zhuǎn)軸上，由馬達(dá)帶動(dòng)它們一起轉(zhuǎn)動(dòng)。每個(gè)磁片的上下兩面各有一個(gè)磁頭，它們與磁片并不接觸。如果磁頭碰到了高速旋轉(zhuǎn)的磁片，會(huì)破壞表面的涂層和存在那里的數(shù)據(jù)，磁頭也會(huì)損壞，所以在硬盤通電的情況下，千萬不要移動(dòng)主機(jī)。第六頁，共四十七頁，2022年，8月28日存儲(chǔ)設(shè)備——磁盤存儲(chǔ)器磁盤由一組繞軸旋轉(zhuǎn)的盤片組成，盤片的數(shù)量為1~20片。第七頁，共四十七頁，2022年，8月28日存儲(chǔ)設(shè)備——磁盤存儲(chǔ)器磁盤系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速一般在每分鐘3600轉(zhuǎn)到12000轉(zhuǎn)之間，即3600rpm~12000rpm。第八頁，共四十七頁，2022年，8月28日存儲(chǔ)設(shè)備——磁盤存儲(chǔ)器磁道（每一個(gè)盤片有500~2500條磁道）。扇區(qū)，所有磁道具有相同數(shù)目的扇區(qū)。第九頁，共四十七頁，2022年，8月28日和軟盤不同的是，硬盤由很多個(gè)磁片疊在一起，柱面指的就是多個(gè)磁片上具有相同編號(hào)的磁道，它的數(shù)目和磁道是相同的。硬盤的容量如下計(jì)算：硬盤容量＝柱面數(shù)×扇區(qū)數(shù)×每扇區(qū)字節(jié)數(shù)×磁頭數(shù)標(biāo)準(zhǔn)IDE接口最多支持1024個(gè)柱面，63個(gè)扇區(qū)，16個(gè)磁頭，這個(gè)最大容量為1024×63×16×512＝528,482,304字節(jié)，即528M。第十頁，共四十七頁，2022年，8月28日存儲(chǔ)設(shè)備——磁盤存儲(chǔ)器硬磁盤存儲(chǔ)器的分類：固定磁頭固定盤片的磁盤存儲(chǔ)器固定磁頭可換盤片的磁盤存儲(chǔ)器可移動(dòng)磁盤固定盤片的磁盤存儲(chǔ)器可移動(dòng)磁頭可換盤片的磁盤存儲(chǔ)器溫徹斯特磁盤存儲(chǔ)器溫徹斯特磁盤簡(jiǎn)稱溫盤，是一種采用先進(jìn)技術(shù)研制的可移動(dòng)磁頭固定盤片的磁盤機(jī)。它是一種密封組合式的硬磁盤，即磁頭、盤片、電機(jī)等驅(qū)動(dòng)部件乃至讀寫電路等組裝成一個(gè)不可隨意拆卸的整體。工作時(shí)，高速旋轉(zhuǎn)在盤面上形成的氣墊將磁頭平穩(wěn)浮起。優(yōu)點(diǎn)是防塵性能好，可靠性高，對(duì)使用環(huán)境要求不高。第十一頁，共四十七頁，2022年，8月28日硬盤的主要技術(shù)指標(biāo)：容量硬盤高速緩存外部數(shù)據(jù)傳輸率內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸率平均尋道時(shí)間轉(zhuǎn)速第十二頁，共四十七頁，2022年，8月28日存儲(chǔ)設(shè)備——磁盤存儲(chǔ)器存儲(chǔ)密度存儲(chǔ)容量尋址時(shí)間數(shù)據(jù)傳輸率誤碼率價(jià)格存儲(chǔ)密度：?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度或單位面積的磁層表面所能存儲(chǔ)的二進(jìn)制信息量。可用道密度和位密度來表示。磁道的單位長(zhǎng)度所能記錄二進(jìn)制信息的位數(shù)為位密度或線密度。第十三頁，共四十七頁，2022年，8月28日存儲(chǔ)設(shè)備——磁盤存儲(chǔ)器存儲(chǔ)容量：磁盤的存儲(chǔ)容量是指所能存儲(chǔ)的二進(jìn)制信息總量。一般用字節(jié)表示。磁盤存儲(chǔ)器含有格式化和非格式化容量?jī)蓚€(gè)指標(biāo)。格式化容量按某種特定的記錄格式所能存儲(chǔ)信息的總量。非格式化量指磁記錄表面全部可利用的磁化單元總數(shù)。一般格式化容量相當(dāng)于非格式化容量的70%。第十四頁，共四十七頁，2022年，8月28日存儲(chǔ)設(shè)備——磁盤存儲(chǔ)器尋址時(shí)間：包括兩部分：一是找道時(shí)間；二是等待時(shí)間。找道時(shí)間：磁頭尋找目標(biāo)磁道所需要的時(shí)間。等待時(shí)間：磁頭從目的道等待需要訪問的扇區(qū)恰好旋轉(zhuǎn)到它的正下方所經(jīng)歷的時(shí)間。第十五頁，共四十七頁，2022年，8月28日存儲(chǔ)設(shè)備——磁盤存儲(chǔ)器磁盤訪問時(shí)間=？第十六頁，共四十七頁，2022年，8月28日存儲(chǔ)設(shè)備——磁盤存儲(chǔ)器磁盤訪問時(shí)間=尋道時(shí)間+？第十七頁，共四十七頁，2022年，8月28日存儲(chǔ)設(shè)備——磁盤存儲(chǔ)器所需扇區(qū)轉(zhuǎn)到磁頭之下所需要的時(shí)間稱為旋轉(zhuǎn)時(shí)間。平均延遲是磁盤轉(zhuǎn)半圈的時(shí)間，所以對(duì)大部分磁盤的平均旋轉(zhuǎn)時(shí)間TAR為：第十八頁，共四十七頁，2022年，8月28日存儲(chǔ)設(shè)備——磁盤存儲(chǔ)器磁盤訪問時(shí)間=尋道時(shí)間+旋轉(zhuǎn)時(shí)間+？第十九頁，共四十七頁，2022年，8月28日存儲(chǔ)設(shè)備——磁盤存儲(chǔ)器磁盤訪問時(shí)間=尋道時(shí)間+旋轉(zhuǎn)時(shí)間+傳輸時(shí)間+？第二十頁，共四十七頁，2022年，8月28日存儲(chǔ)設(shè)備——磁盤存儲(chǔ)器磁盤訪問時(shí)間=尋道時(shí)間+旋轉(zhuǎn)時(shí)間+傳輸時(shí)間+控制器時(shí)間第二十一頁，共四十七頁，2022年，8月28日存儲(chǔ)設(shè)備——磁盤存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)傳輸率：磁盤存儲(chǔ)器在單位時(shí)間內(nèi)向主機(jī)傳送數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)，稱為數(shù)據(jù)傳輸率。第二十二頁，共四十七頁，2022年，8月28日例題：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22cm，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：共有多少個(gè)柱面？盤組總存儲(chǔ)容量是多少？數(shù)據(jù)傳輸率是多少？如果某文件長(zhǎng)度超過一個(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？第二十三頁，共四十七頁，2022年，8月28日存儲(chǔ)設(shè)備——磁盤存儲(chǔ)器解：有效存儲(chǔ)區(qū)域=16.5-11=5.5(cm)∵道密度=40道/cm∴40*5.5=220道即220個(gè)柱面.內(nèi)層磁道周長(zhǎng)==2*3.14*11=69.08(cm)每道信息量=400位/cm*69.08=27632=3454位每面信息量=3454B*220=759880B盤組總?cè)萘?759880*10=7598800B磁盤數(shù)據(jù)傳輸率Dr=rN=2400/60*3454=13816B/s第二十四頁，共四十七頁，2022年，8月28日存儲(chǔ)設(shè)備——磁盤存儲(chǔ)器冗余磁盤陣列：如果一種元件只有一點(diǎn)進(jìn)步，那么，并行使用多個(gè)元件會(huì)獲得意外的性能。這種思想導(dǎo)致開發(fā)了獨(dú)立操作和并行處理的磁盤陣列。隨著多盤的使用，出現(xiàn)了各種多盤組織數(shù)據(jù)和增加數(shù)據(jù)冗余來提高其可靠性能的方法。工業(yè)上通過了一個(gè)稱為RAID的標(biāo)準(zhǔn)方案。第二十五頁，共四十七頁，2022年，8月28日盤陣列（RAID）盤陣列(RAID，即RedundantArrayofInexpensiveDisks)，即廉價(jià)磁盤冗余陣列，簡(jiǎn)稱盤陣列技術(shù)。第二十六頁，共四十七頁，2022年，8月28日盤陣列（RAID）盤陣列容量大、速度快、可靠性高、造價(jià)低廉。它是目前解決計(jì)算機(jī)I/O瓶頸的有效方法之一，有著廣闊的發(fā)展前景。第二十七頁，共四十七頁，2022年，8月28日盤陣列（RAID）第二十八頁，共四十七頁，2022年，8月28日磁帶存貯器磁帶存貯器由磁帶機(jī)和磁帶組成，簡(jiǎn)稱磁帶機(jī)。磁帶有多種，按磁帶寬度分，有1/4英寸、1/2英寸、1英寸和3英寸幾種。按磁帶種類分，有開盤式磁帶和盒式磁帶兩種。按記錄密度分，有800BPI、1600BPI、6250BPI等幾種。按磁帶表面并行記錄信息的道數(shù)來分，有7道、9道、16道等幾種。在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)中，普遍采用1/2英寸開盤式磁帶和1/4英寸盒式磁帶著兩種標(biāo)準(zhǔn)磁帶。磁帶機(jī)也有多種類型。按磁帶規(guī)模來分，有標(biāo)準(zhǔn)半英寸磁帶機(jī)，海量寬帶存貯器和盒式磁帶機(jī)三種。按磁帶機(jī)的走帶速度分，有高速磁帶機(jī)，中速磁帶機(jī)和低速磁帶機(jī)。

第二十九頁，共四十七頁，2022年，8月28日磁帶機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)有：

1.帶速:磁帶相對(duì)于磁頭的運(yùn)動(dòng)速度，單位是英寸/秒。

2.記錄密度:指單位長(zhǎng)度的磁帶上記錄的字節(jié)數(shù)，單位是字節(jié)/英寸，記為BPI。

3.記錄間隙:指相鄰兩記錄塊間的間隔距離，單位是英寸或毫米。

4.反繞時(shí)間:只一定長(zhǎng)度的滿盤磁帶的反繞時(shí)間，以秒為單位。

5.帶寬及磁道數(shù):只磁帶橫向?qū)挾群驮搶挾壬系拇诺罃?shù)。

6.記錄方式:指不歸零-1制（NRZ1）、調(diào)相制（PE）、成組編碼記錄方式（GCR編碼）。

7.讀/寫訪問時(shí)間:指從控制器發(fā)出命令到讀出（或?qū)懭耄┮粋€(gè)字節(jié)數(shù)所需的時(shí)間，單位為毫秒。

8.數(shù)據(jù)傳輸率:每秒傳遞的字節(jié)數(shù)，單位是KB/s或MB/s，（千字節(jié)/秒或兆字節(jié)/秒）。第三十頁，共四十七頁，2022年，8月28日光驅(qū)CD-RAM1、光驅(qū)的工作原理2、光驅(qū)的分類3、光驅(qū)的常用技術(shù)參數(shù)4、DVD驅(qū)動(dòng)器第三十一頁，共四十七頁，2022年，8月28日光驅(qū)的工作原理的工作原理光盤驅(qū)動(dòng)器(光驅(qū))是一個(gè)結(jié)合光學(xué)、機(jī)械及電子技術(shù)的產(chǎn)品。在光學(xué)和電子結(jié)合方面，激光光源來自于一個(gè)激光二極管，它可以產(chǎn)生波長(zhǎng)約0.54-0.68微米的光束，經(jīng)過處理后光束更集中且能精確控制，光束首先打在光盤上，再由光盤反射回來，經(jīng)過光檢測(cè)器捕獲信號(hào)。光盤上有兩種狀態(tài)，即凹點(diǎn)和空白，它們的反射信號(hào)相反，很容易經(jīng)過光檢測(cè)器識(shí)別。檢測(cè)器所得到的信息只是光盤上凹凸點(diǎn)的排列方式，驅(qū)動(dòng)器中有專門的部件把它轉(zhuǎn)換并進(jìn)行校驗(yàn)，然后我們才能得到實(shí)際數(shù)據(jù)。光盤在光驅(qū)中高速的轉(zhuǎn)動(dòng)，激光頭在司服電機(jī)的控制下前后移動(dòng)讀取數(shù)據(jù)。第三十二頁，共四十七頁，2022年，8月28日光盤

CD-ROM是只能讀出而不能寫入的光盤，由于聲音、視頻和圖形文件的使用，CD-ROM的應(yīng)用極為廣泛。它的制作成本低、信息存儲(chǔ)量大、保存時(shí)間長(zhǎng)。CD-ROM只有一面有數(shù)據(jù)，在它的表面有一層保護(hù)膜，但它還是很容易被劃傷，所以一定要注意。CD－ROM的印刷面不含數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)刻錄在光滑的一面。在CD－ROM上，數(shù)據(jù)的讀取靠激光來實(shí)現(xiàn)，表面的灰塵和劃痕都會(huì)影響到讀盤質(zhì)量。CD-ROM的容量不是固定的，一般它有一個(gè)最大容量。CD-ROM有兩種尺寸，即12厘米和8厘米，最常見的是12厘米的一種。同樣是12厘米的光盤，CD-R74可存儲(chǔ)650M字節(jié)的數(shù)據(jù)或74分鐘的音樂，CD-R63可存儲(chǔ)550M字節(jié)的數(shù)據(jù)或63分鐘的音樂。一張CD-R74有333,000個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)有2048個(gè)字節(jié)，則它可錄制333,000×2,048=681,984,000字節(jié)，即650M。第三十三頁，共四十七頁，2022年，8月28日光盤的制作

CD-ROM的制作象用模子壓制塑料制品一樣。從原始主光盤上壓制出來的光盤是主光盤的一個(gè)鏡像，它的凹凸正好與主光盤的相反，為了做出與主光盤一樣的光盤，必須把拷貝做兩次，這樣凹凸的位置就相同了。主光盤的第一個(gè)拷貝叫母盤，母盤一般是一個(gè)金屬盤，以母盤為模，在上面注上聚碳酸酯塑料，然后壓制成型，此時(shí)塑料盤片的表面就和原來的主光盤一樣了，然后在塑料盤片表面涂上一層一微米厚的純鋁，然后在鋁層外面涂上一層薄薄的聚碳酸酯以防止氧化和污染，這樣，光盤就被制好了。光盤上的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和硬盤是不同的，它沒有簇的概念，而是按軌道的方式存儲(chǔ)的。硬盤軌道是一組同心圓，而光盤軌道則是一條從中心開始的漸開線，如果把這條線展開的話，它是一根完整的線，這條線就被稱做軌。第三十四頁，共四十七頁，2022年，8月28日光驅(qū)的常用技術(shù)參數(shù)1、平均數(shù)據(jù)傳輸率2、數(shù)據(jù)緩沖區(qū)3、平均查找時(shí)間第三十五頁，共四十七頁，2022年，8月28日光驅(qū)的數(shù)據(jù)傳輸速度

平常說的32速、24速等就是指光驅(qū)的讀取速度。

CD-RAM是從CD唱盤機(jī)基礎(chǔ)上發(fā)展的。因此，早期的CD-RAM的數(shù)據(jù)傳輸率只有150KB/s，國(guó)際電子工業(yè)聯(lián)合會(huì)就把150K字節(jié)/秒的傳輸率定為標(biāo)準(zhǔn)。后來驅(qū)動(dòng)器的傳輸速率越來越快，就出現(xiàn)了倍速、四倍速直至現(xiàn)在的50倍速、或者更高。32倍速驅(qū)動(dòng)器理論上的傳輸率應(yīng)該是：150×32=4,800K字節(jié)/秒，當(dāng)然在實(shí)際的情況是達(dá)不到這么高的。第三十六頁，共四十七頁，2022年，8月28日除了傳輸率外，平均查找時(shí)間是衡量光驅(qū)的另一指標(biāo)，是指從檢測(cè)光頭定位到開始讀盤這個(gè)過程所需要的時(shí)間。倍速光驅(qū)的平均查找時(shí)間約為400毫秒，快的光驅(qū)平均查找時(shí)間約為80毫秒甚至更少。從光盤上讀出的數(shù)據(jù)先存在緩沖區(qū)或高速緩存里，然后再以很高的速度傳輸?shù)接?jì)算機(jī)上。多媒體計(jì)算機(jī)要求光驅(qū)至少有64K的高速緩存。第三十七頁，共四十七頁，2022年，8月28日

DVD驅(qū)動(dòng)器DVD是“數(shù)字多功能光盤”(DigitalVersatileDisc)的簡(jiǎn)稱，或"數(shù)字激光視盤"(DigitalVideoDisc)，它具有高密度、高畫質(zhì)、高音質(zhì)等特點(diǎn)。滿足人們對(duì)大存儲(chǔ)容量、高性能存儲(chǔ)媒體的需求，主要用于存儲(chǔ)多媒體軟件和影視節(jié)目。第三十八頁，共四十七頁，2022年，8月28日DVD光盤：

DVD大小和普通的CD-ROM完全一樣，為了增大光盤容量，在DVD盤的生產(chǎn)采用了一種新的技術(shù)：即采用波長(zhǎng)為635mm～650mm的紅激光刻盤，使軌道的間距減少，大大增加光盤的存儲(chǔ)容量。DVD定義了四種格式：?jiǎn)蚊鎲螌?，單面雙層，雙面單層，雙面雙層四種規(guī)格。容量分別是：4.7G、8.5G、9.4G和17G字節(jié)。普通的CD-ROM容量?jī)H為650M。DVD和CD-ROM、VCD一樣，既可以存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，也可以存儲(chǔ)電影數(shù)據(jù)。第三十九頁，共四十七頁，2022年，8月28日DVD-5的架構(gòu)是采用單層單面，所以標(biāo)準(zhǔn)的資料記錄量為4.7GB。目前市場(chǎng)中以這種規(guī)格的DVD光盤居多，因?yàn)檫@個(gè)規(guī)格的生產(chǎn)成熟度最高。（見下圖）

DVD-l0的架構(gòu)是采用雙層單面，也就是DVD片的正反面都可以存儲(chǔ)資料，一般標(biāo)準(zhǔn)的資料記錄量為9.4GB，為DVD-5的兩倍。（見上圖）第四十頁，共四十七頁，2022年，8月28日盤片的容量：

由于DVD光盤有單面單/雙層與單/雙面的規(guī)格，所以依照規(guī)格的不同，會(huì)有不同的容量，因此根據(jù)容量的不同可將DVD分成四種規(guī)格，分別是DVD-5、DVD-9、DVD-10與DVD-l8。

目前市面上比較常見的是DVD-5和DVD-9碟片，DVD-10和DVD-18則要過一段時(shí)間才會(huì)大量上市。因?yàn)楹笳?雙層DVD)涉及到碟片換面的工作，而且容量也太大，畢竟目前還很少有這么大的容量需求。

碟片規(guī)格表：

盤片類型直徑面數(shù)/層數(shù)容量播放時(shí)間

cd-rom12厘米單面650mb最多74分鐘音頻

dvd-512厘米單面單層4.7gb超過2小時(shí)視頻

dvd-912厘米單面雙層8.5gb大約4小時(shí)視頻

dvd-1012厘米雙面單層9.4gb大約4.5小時(shí)視頻

dvd-1812厘米雙面雙層17gb超過8小時(shí)視頻第四十一頁，共四十七頁，2022年，8月28日DVD驅(qū)動(dòng)器：

DVD驅(qū)動(dòng)器是用來讀取DVD盤上數(shù)據(jù)的設(shè)備，從外形上看和和CD-ROM驅(qū)動(dòng)器一樣。

DVD驅(qū)動(dòng)器的讀盤速度也比原來CD-ROM驅(qū)動(dòng)器提高了近4倍以上。目前DVD驅(qū)動(dòng)器采用的是波長(zhǎng)為635mm～650mm的紅激光。DVD的技術(shù)核心是MPEG2標(biāo)準(zhǔn)，此圖像格式共有11種組合，DVD采用的是其中“主要等級(jí)”的圖像格式，使其圖像質(zhì)量達(dá)到廣播級(jí)水平。DVD驅(qū)動(dòng)器也完全兼容現(xiàn)在流行的VCD，CD-ROM，CD-R。但是普通的光驅(qū)卻不能讀DVD光盤。因?yàn)镈VD光盤采用了MPEG2標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行錄制的，所以播放DVD光盤上的視頻數(shù)據(jù)使用支持MPEG2解碼技術(shù)的解碼器。

第四十二頁，共四十七頁，2022年，8月28日輸入設(shè)備鍵盤 1、鍵盤的工作原理2、鍵盤的分類鍵盤:大家對(duì)鍵盤都不陌生，我們只簡(jiǎn)單作一些介紹。鍵盤是最常用也是最主要的輸入設(shè)備，通過鍵盤，可以將英文字母、數(shù)字、標(biāo)點(diǎn)符號(hào)等輸入到計(jì)算機(jī)中，從而向計(jì)算機(jī)發(fā)出命令、輸入數(shù)據(jù)等第四十三頁，共四十七頁，2022年，8月28日鍵盤---字符數(shù)字輸入設(shè)備