第2章2.6 辅助存储器

2.6辅助存储器2.6.1硬盘存储器2.6.2U盘、存储卡和固态硬盘2.6.3光盘存储器22.6外存储器PC机的辅助存储器硬盘存储器软盘驱动器光盘驱动器32.6外存储器2.6.1硬盘存储器42.6外存储器硬盘存储器概述功用：长期保存二进制信息（非易失性存储器）特点：可读可写，按块存取容量很大（当前台式PC：500GB~2000GB）可靠性高成本极低（当前：1~2GB/元）技术发展很快，容量将更大，成本会更低52.6外存储器磁盘存储器的信息存储原理(1)磁头，用于写入和读出信息“0”“1”盘片旋转方向磁盘片磁性材料粒子的两种不同磁化方向，分别表示记录的是“0”还是“1”62.6外存储器磁盘存储器的信息记录原理(2)写“1”写“0”电流方向磁头磁性材料粒子磁盘表面72.6外存储器磁道扇区磁盘的磁道和扇区磁盘表面被分为许多同心圆，每个同心圆称为一个磁道。每个磁道都有一个编号，最外面的是0磁道每个磁道被划分为若干段（段又叫扇区），每个扇区的存储容量均为512字节。每个扇区都有一个编号注：所谓磁盘的格式化操作，就是在盘面上划分磁道和扇区，并在扇区中填写扇区号等信息的过程82.6外存储器硬盘存储器的结构控制电路硬盘片接口柱面所有盘片上相同半径处的所有磁道构成一个“柱面”磁头磁头浮在高速旋转的盘片上，它负责盘片上数据的写入或读出移动臂用来固定磁头并可带动磁头沿盘片径向高速移动，以便定位到指定的“柱面”主轴带动盘片高速旋转92.6外存储器选讲：信息的平均存取时间磁盘上的信息以扇区为单位进行读写，平均存取时间为：T=寻道时间+旋转等待时间+数据传输时间寻道时间——磁头寻找到指定磁道所需时间(大约5ms)旋转等待时间——指定扇区旋转到磁头下方所需要的时间(大约4～6ms)(转速：4200/5400/7200/10000rpm)数据传输时间——(大约0.01ms/扇区)磁头磁道旋转轴碟片102.6外存储器硬盘存储器的性能指标（1）容量：以GB为单位，目前硬盘单碟容量约为几百个GB（2）平均存取时间：在几ms～几十ms之间，由硬盘的旋转速度、磁头寻道时间和数据传输速率所决定（3）缓存容量：原则上越大越好，通常为几MB～几十MB（4）数据传输速率外部传输速率指主机从（向）硬盘缓存读出（写入）数据的速度，与采用的接口类型有关内部传输速率指硬盘在盘片上读写数据的速度，转速越高内部传输速率越快（5）与主机的接口：以前使用：并行ATA（ATA）接口当前流行：串行ATA（SATA）接口112.6外存储器选讲：关于硬盘的SATA接口(1)前几年PC大多使用并行ATA接口UltraATA100或UltraATA133接口，传输速率最高分别为100MB/s和133MB/s近几年开始大量采用SATA接口(150、300、600MB/s)串行传输方式，工作频率高(1.5GHz-3GHz)低电平差分信号，内嵌时钟信号传输线长度增加，插头插座体积缩小122.6外存储器选讲：关于硬盘的SATA接口(2)并行ATA接口的连接电缆SATA接口的连接电缆SATA接口电路功能SATA接口采用差分信号串行传输132.6外存储器使用硬盘应注意什么?正在对硬盘读写时不能关掉电源保持使用环境的清洁卫生，注意防尘；控制环境温度，防止高温、潮湿和磁场的影响防止硬盘受震动，工作时不要移动机器及时对硬盘内容进行整理，包括目录的整理、文件的清理、磁盘碎片整理等防止计算机病毒对硬盘的破坏，对硬盘定期进行病毒检测142.6外存储器移动硬盘工作原理与固定硬盘相同存储容量较大（160GB、320GB、1TB、2TB）采用USB或IEE1394接口，即插即用，支持热插拔(必须先停止工作)小巧而便于携带速度快，安全可靠移动硬盘152.6外存储器2.6.2U盘、存储卡和固态硬盘162.6外存储器闪速存储器（flashmemory）闪速存储器是半导体集成电路存储器，非易失性存储器优点：闪存没有机械运动部件，工作时无噪音，尺寸小、轻便，抗震性更好，能耐受高压高温不足之处：写入过程较复杂，写入速度慢于读出速度，写入次数有限制；性价比低于传统硬盘分类：NOR型闪存，可以按字节地址读出，用来存储需要运行而不要经常更新的程序代码，可作内存使用NAND型闪存，比NOR型闪存的存储密度高、每个比特的成本也低，它具有较快的抹写速度，可抹除次数也高出NOR闪存十倍。但NAND闪存不能按字节随机读写，只能像硬盘那样以数据块为单位存取信息172.6外存储器优盘采用NANDFlash存储器（闪存）芯片，体积小，重量轻容量按需要而定（几个GB～几百GB），具有写保护功能数据保存安全可靠，使用寿命长使用USB接口，即插即用，支持热插拔(必须先停止工作)读写速度比较快可以模拟光驱和硬盘启动操作系统182.6外存储器U盘的结构及其控制芯片USB插头控制芯片晶体振荡器测试点闪存芯片LED灯写保护开关纠错电路存储控制闪存芯片接口USB2.0控制电路电压调节器LED指示灯写保护开关I/O控制闪存芯片USB插头U盘的结构U盘的控制芯片U盘实际上是一个8位的嵌入式计算机！192.6外存储器存储卡原理与U盘相同，也使用闪存芯片（flashmemory）做成长方形或正方形的卡片状，使用印刷插头，不使用USB插头使用读卡器才能对存储卡进行读写存储卡的主要种类：CF卡MMC卡SD/SDHC卡（包括MiniSD卡、MicroSD卡）MemoryStick卡(MS卡)用途：数码相机、游戏机、手机、MP3播放器外置“多合一读卡器”202.6外存储器MMC卡内部结构控制电路NAND闪存芯片212.6外存储器关于SD卡按尺寸大小分：SD卡MiniSD卡MicriSD卡（TF卡）按容量大小分：SD（8MB~2GB）SDHC（大于2GB~32GB）SDXC（大于32GB~2TB）按存取速度分（从快到慢）：UHS-I、UHS-IIClass10Class6Class4····222.6外存储器固态硬盘（SSD）固态硬盘(SolidStateDisk、SolidStateDrive)是使用NAND型闪存做成的外存储器用途：在便携式计算机中代替传统的硬盘外形及与主机的接口和常规硬盘相同，如1.8英寸、2.5英寸或3.5英寸存储容量：64GB～128GB或更大优点：低功耗、无噪音、抗震动、低热量，读写速度也快于传统硬盘存在问题：成本：高于常规的硬盘寿命：Flash存储器都有一定的写入寿命、寿命到期后数据会读不出来且难以修复232.6外存储器平板电脑/智能手机的辅助存储器多数平板电脑的辅助存储器既不是硬盘也不是SSD：iPad是将NAND型Flash芯片直接焊接在主板上作为外存储器，容量可以是16,32,64,或128GB；微软公司的平板电脑Surface使用的是microSDXC存储卡多数智能手机的外存储器是microSD存储卡，其接口控制有两种：eMMCUFS242.6外存储器闪存接口：eMMC与UFS的比较252.6外存储器2.6.3光盘存储器262.6外存储器光盘存储器的发展分代年代名称激光类型存储容量第1代1982CD光盘存储器红外光650MB第2代1995DVD光盘存储器红光4.7GB第3代2006BD光盘存储器蓝光25GB（注：DVD和BD的容量均为单面单层的容量）272.6外存储器选讲：光盘的信息记录原理光盘上的螺旋形光道凹坑的边缘用来表示“1”，而凹坑内外的平坦部分表示“0”282.6外存储器选讲：光盘驱动器的工作原理•驱动器由光头、光头驱动机构、盘片驱动机构、控制电路等组成激光器发出的激光经过透镜聚焦后到达光盘，从光盘上反射回来的激光束沿原来的光路返回，到达激光束分离器后反射到光电检测器，由光电检测器把光信号变成电信号，再经过电子线路处理后还原成原来的二进制数据光头292.6外存储器为什么DVD容量比CD大得多？1)更小的凹点长度(~2.08x),2)数据轨道间隔更紧密(~2.16x),3)采用较短波长的635nm或650nm的红色激光,使激光斑点直径缩小,提高信息的鉴别能力.4)数据区域稍大一点(~1.02x),5)更有效的信道比特调制(~1.06x),6)更有效的纠错码(~1.32x),7)较少的段开销(~1.06x).302.6外存储器光盘驱动器的类型按信息读写能力分只读光驱可写光驱（光盘刻录机）按可处理盘片类型进一步分成：CD只读光驱CD刻录机DVD只读光驱DVD刻录机DVD只读/CD刻录机组合而成的“康宝”BD（Blue-rayDisc）只读光驱BD刻录机（使用405nm蓝色激光）25GB/50GB（使用650nm红色激光）4.7/8.5/9.4/17GB（使用780nm红外激光）0.7GB312.6外存储器光盘片的类型按存储容量与读写特性分：CD盘片DVD盘片蓝光盘片只读盘片（CD-ROM）一次性可写盘片（CD-R）可擦写盘片（CD-RW）只读盘片（DVD）一次性可写盘片（DVD-R,DVD+R）可擦写盘片（DVD-RW,DVD+RWDVD-RAM）只读盘片（BD）一次性可写盘片（BD-R）可擦写盘片（BD-RE）蓝光盘322.6外存储器资料:DVD刻录机和DVD光盘的容量DVD刻录盘目前有2大类、5种规格：一次性可写：DVD-R、DVD+R可擦写：DVD-RAM、DVD-RW、DVD+RWSuperMultiDVD刻录机能够兼容上述大部或全部盘片DVD盘片的容量：DVD光盘类型120mmDVD存储容量(GB)80mmDVD存储容量(GB)单面单层(SS/SL)单面双层(SS/DL)双面单层(DS/SL)双面双层(DS/DL)4.7(DVD-5)8.5(DVD-9)9.4(DVD-10)17(DVD-18)1.46(DVD-1)2.66(DVD-2)2.92(DVD-3)5.32(DVD-4)332.6外存储器资料:光盘驱动器与盘片的兼容性PressedCDCD-RCD-RWPressedDVDDVD-RDVD+RDVD-RWDVD+RWDVD+RDLPressedBDBD-RBD-RECD-ROMdriveReadReadReadNoneNoneNoneNoneNoneNoneNoneNoneNoneCD-RWrecorderReadWriteWriteNoneNoneNoneNoneNoneNoneNoneNoneNoneDVD-ROMdriveReadReadReadReadReadReadReadReadReadNoneNoneNoneDVD-RWrecorderReadWriteWriteReadWriteReadWriteReadReadNoneNoneNoneDVD+RWrecorderReadWriteWriteReadReadWriteReadWriteReadNoneNoneNoneDVD±RWrecorderReadWriteWriteReadWriteWriteWriteWriteRead[5]NoneNoneNoneDVD±RW/DVD+RDLrecorderReadWriteWriteReadWrite[10]WriteWrite[10]WriteWriteNoneNoneNoneBD-ROMReadReadReadReadReadReadReadReadReadReadReadReadBD-RErecorderReadWriteWriteReadWriteWriteWriteWriteWriteReadWriteWrite