外部存储器

第6章外部存储器硬盘光盘储存系统计算机存储器系统分类计算机存储系统内存外存磁存储器光存储器磁盘磁带软磁盘硬磁盘其他磁盘存储器CDDVDDVD-R….VCDCD-R….半导体存储器Flash电子盘外部存储器概述硬盘是电脑的数据存储中心，电脑没有了硬盘，也许能够开机启动，但却无法保存你操作的任何步骤。和内存相比，外存的特点：容量大(单位容量成本低)、具有非易失性、寻址和访问速度慢等。外部存储器概述硬盘的发展----雏形1956年9月著名的IBM的公司的一个工程小组将世界上首个“硬盘”展示给了大家，它并不是我们现在所说的完整意义上的硬盘，它仅仅是一个磁盘储存系统，现在来看较为落后的机械组件，庞大的占地面积，不由让人胆寒。他的名字叫做IBM350RAMAC（RandomAccessMethodofAccountingandControl）。硬盘系统图中左边机柜中间的一个圆柱体容器，就是我们现在硬盘盘片的雏形特点：5M容量占地面积大机械组件硬盘系统一共使用了50个直径为24英寸的磁盘，这些盘片表面涂有一层磁性物质，并且堆叠在一起，通过一个传动轴承是他可以顺利的工作。盘片由一台电动机带动，只有一个磁头，磁头上下前后运动寻找要读写的磁道。硬盘系统盘片上每平方英寸的数据密度只有2000bit，数据处理能力为1.1KB/s。他的磁头可以直接移动到盘片上的任何一块存储区域，从而成功地实现了随机存储，此原理是后来的温彻斯特盘的基础。售价是35000美元，平均每M要有7000美元的成本，而现在250G的才410元。硬盘系统硬盘的发展----温盘在1968年，IBM颠覆了之前自己的设计，重新提出了“温彻斯特”（Winchester）技术的可行性，这次的提出的技术则奠定了以后硬盘所发展的方向。“温彻斯特”技术的精隋在于提出了：“密封、固定并高速旋转的镀磁盘片，磁头沿盘片径向移动，磁头悬浮在高速转动的盘片上方，而不与盘片直接接触”，这也同样是我们现在硬盘所走的道路。硬盘系统1973年IBM终于推出了使用温彻斯特技术的第一块硬盘，型号为3340，它采用14英寸的规格，由两个分离的盘片构成(一个固定的和一个可移动的)，每张盘片容量为30MB。并且硬盘首次使用了封闭的内部环境，并进一步发展了气动学磁头技术，将磁头与盘片之间的距离缩短到了17微英寸。1979年，IBM再次发明了薄膜磁头，为进一步减小硬盘体积、增大容量、提高读写速度提供了可能。同期IBM的两位员工AlanShugart和FinisConner离开IBM后成立了希捷公司(ShugartTechnology公司，也就是后来的Seagate希捷公司)，之后便推出了像5.25英寸大小的硬盘驱动器。硬盘系统硬盘系统以后的发展历程：体积：5.25英寸/全高→3.5英寸/半高(PC)2.5英寸(笔记本)容量：10~40MB(8086/286)→100~500MB(386/486)→1~1TB(目前)传输速率：100KB/s→50MB/s→600MB/s(SerialATA3.0)平均寻道时间：80ms→5ms转速：3600转/s→15000转/s硬盘的分类根据接口技术的不同来划分的，我们可以把硬盘分为IDE硬盘高端的SCSI硬盘更为先进的SerialATA硬盘硬盘系统硬盘系统硬盘的结构1.内部结构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。硬盘系统2.磁道、扇区和柱面盘体：盘体由多个同轴盘片组成，每个盘片都是双面存储，第一个盘片的第一面为0磁面，下一个为1磁面；第二个盘片的第一面为2磁面，以此类推。磁道(Track)：磁面上均匀分布的同心圆存储轨迹。最外层为0磁道。扇区(Sector)：磁道上等弧度划分的扇段。一般一个扇区的存储容量为512字节。柱面(Cylinder)：各个盘面上同一编号磁道的组合。单个扇区外圈磁道中圈磁道内圈磁道硬盘系统3.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。4.硬盘的基本工作原理初始化：加电正常工作后，利用控制电路中的单片机初始化模块进行初始化工作，此时磁头置于盘片中心。启动：主轴电动机将启动并以高速旋转，装载磁头的悬臂机构移动，将浮动磁头置于盘片表面的00道，处于等待指令的启动状态。读/写：当接口电路接收到微机系统传来的指令信号后，通过前置放大控制电路，驱动音圈电动机发出磁信号，根据感应阻值变化的磁头对盘片数据信息进行正确定位，并将接收后的数据信息解码，通过放大控制电路传输到接口电路，反馈给主机系统完成指令操作。断电：硬盘断电时，在力矩反弹的作用下，浮动磁头驻留到盘面中心。硬盘系统硬盘的主要性能指标1)．硬盘容量：硬盘容量用来描述硬盘能够存储多少数据，一般以GB为计量单位，目前主流硬盘容量为80GB～400GB。2)．主轴转速：主轴转速是决定硬盘数据传输率的因素之一，其单位为RPM（RotatePerMinute，转/分钟），一般市场硬盘转速有5400r/m，7200r/m，10000r/m，15000r/m。3)．高速缓存：高速缓存指在硬盘内部的高速存储器，目前硬盘的高速缓存为8～16MB，SCSI硬盘的高速缓存更大，购买时应选高速缓存较大的硬盘。4)．寻道时间：寻道时间是指硬盘磁头移动到数据所在磁道而所用的时间，其单位为毫秒（ms）。5)．平均寻道时间：平均寻道时间是指磁头移动到正中间的磁道需要的时间，一般选用平均寻道时间为9ms以下的硬盘。6)．全程访问时间：全程访问时间是指磁头开始移动直到最后找到所需的数据块所用的全部时间，单位为毫秒（ms）。7)．平均访问时间：平均访问时间是指磁头开始找到指定数据的平均时间，单位为毫秒（ms），是平均寻道时间和平均潜伏时间之和。硬盘的主要性能指标8)．潜伏时间：当磁头移动到数据所在磁道后，等待所要的数据块继续转动（半圈或多些、少些）到磁头下的时间，其单位为毫秒（ms）。9)．道至道时间：表示磁头从一个磁道转移到另一个磁道的时间，单位为毫秒（ms）。10)．最大内部数据传输率：最大内部数据传输率也叫持续数据传输率（SustainedTransferRate），单位为Mb/s。是指磁头至硬盘缓存间的最大数据传输率。硬盘的主要性能指标11)．外部数据传输率：外部数据传输率也称为突发数据传输率，它是指从硬盘缓冲区读取数据的速率。在广告或硬盘特性表中常以数据接口速率代替，其单位为MB/s，例如UltraDMA/100技术的外部数据传输率可达100MB/s。12)．单碟容量：一般IDE硬盘最多有四张碟片，一般每张碟片的容量为10GB。而IBM公司生产五张碟片的硬盘，单碟容量大都在10GB以上。13)．连续无故障时间（MTBF）：连续无故障时间是指在硬盘从开始运行到出现故障的最长时间，单位是小时（h）。一般硬盘的MTBF至少在30000h以上。硬盘的主要性能指标硬盘的使用硬盘在使用之前必须经过低级格式化、分区和高级格式化三个步骤。1.低级格式化(DOS中使用LFORMAT等软件)低级格式化的作用：创建磁道和扇区，写入每个扇区的头、尾信息。低级格式化和操作系统无关。一般硬盘在出厂之前都做过低级格式化。硬盘的使用2.分区(DOS中使用FDISK)用FDISK对硬盘进行分区时，可将硬盘分为一个主分区和一个扩展分区，扩展分区可分成多个逻辑分区，每个分区对应一个逻辑磁盘(卷)。在windows系统中可查看或更改：操作：我的电脑/右键/管理/磁盘管理PC机常用的三种分区：FAT(FileAllocationTable)：16位文件分配表(FAT16)，用于DOS、Windows3.x的文件系统，Windows9x/2000继续支持。FAT16方式的逻辑磁盘的最大容量为2GB。硬盘的分配单位是“簇”(一般包括多个扇区)，并将全部簇编号，FAT16文件系统中簇的编号为16位(软盘为12位)二进制。每个簇包含的扇区数因逻辑盘容量而异。FAT32：32位文件分配表，用于Windows9x/2000的文件系统，用32位二进制对簇进行编号，支持逻辑最大容量位2048GB。和FAT16相比，FAT32文件系统的簇所包含的扇区数少，如2GB的一个逻辑盘，FAT16的簇容量为32KB，而FAT32的簇容量为4KB。FAT32的磁盘利用效率比FAT16高约15%。但DOS和Windows3.x不支持FAT32。NTFS:WindowsNT文件系统，用于WindowsNT/2000/XP，是基于安全性的文件系统。硬盘的使用3.高级格式化(DOS中使用FORMAT)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。引导区：磁盘参数和引导程序等。引导区文件分配表文件根目录数据区文件分配表(FAT)：数据区的每一个簇对应文件分配表中的两个字节，表示该簇被某文件占用并指明该文件下一簇。FAT表记录着硬盘数据的存储地址，每一个文件都有一组FAT链指定其存放的簇地址。FAT表的损坏意味着文件内容的丢失。文件根目录：一个文件的目录称为一个目录项，FAT16中占32个字节。存放文件名、修改日期时间、文件长度及起始簇。硬盘的使用硬盘故障案例分析硬盘故障案例分析CMOS检测不到硬盘分析及处理：硬盘只要一加电，在CMOS中检测硬盘的时候，听一下硬盘发出的声音，如果声音是：“哒…哒…”然后就恢复了平静，就有比较大的把握判断硬盘大概没有问题；如果声音是“哒…哒…”，然后又是连续几次发出“咔哒…咔哒”的声响的话，有很大的可能是硬盘出问题了。最坏的情况是自检时硬盘出现“达、达、达”之类的周期性噪音，则表明硬盘的机械控制部分或传动臂有问题，或者盘片有严重损伤。为了进一步判断，您可以将硬盘拆下来，接在其他的电脑上，然后进入到CMOS中检测一下，如果也是检测不到的话，那就可以断定，真的是硬盘问题了。硬盘故障案例分析现象：在读取某一文件或运行某一程序时，硬盘反复读盘且出错或者要经过很长时间才能成功硬盘会发出异样的杂音启动时不能通过硬盘引导系统，用SYS命令传导系统也不能成功。这种情况很有可能是硬盘的引导扇区出了问题。FORMAT硬盘时，到某一进度停止不前，最后报错，无法完成。对硬盘执行FDISK时，到某一进度会反复进进退退。分析：硬盘出现坏道。首先我们应区别逻辑坏道还是物理坏道。简单说能通过format高级格式化去掉的坏道就是逻辑坏道，无法去掉就是物理坏道。逻辑坏道对硬盘影响不大，而物理坏道是有“传染性”的，一旦发现物理坏道就表示你硬盘有严重质量问题或硬盘寿命快到了，应赶紧处理或更换。处理：如果能进入Windows系统，则出错的盘/右击/属性/工具/差错/开始检查，Windows能在很大程度上对出现的坏簇作自动修正。但这种方式能修复逻辑坏道，而不能自动修复物理坏道。针对物理坏道，有专门测试硬盘的仪器。硬盘故障案例分析开机后，屏幕上显示：“Invalidpartitiontable”硬盘不能启动，可从软盘启动。原因：一般是硬盘主引导记录中的分区表有错误解决方法：用NDD修复，它将检查分区表中的错误，若发现错误，将会询问您是否愿意修改，您只要不断地回答“Yes”即可修正错误，或者用备份过的分区表覆盖它也行。如果是病毒感染了分区表，格式化是解决不了问题的，可先用杀毒软件杀毒，再用NDD进行修复。如果上述方法都不能解决，就先用FDISK重新分区，但分区大小必须和原来的分区一样，这一点尤为重要，分区后不要进行高级格式化，然后用NDD进行修复。修复后的硬盘不仅能启动，而且硬盘上的信息也不会丢失。其实用FDISK分区，相当于用正确的分区表覆盖原来的分区表。尤其当用软盘启动后不认硬盘时，可用此方法。硬盘故障案例分析微机无法用硬盘启动，检查CMOS参数没有问题。用软盘启动后可转入C:\提示符，但是不能对硬盘进行任何操作。故障分析：用软盘