计算机的外部存储器

计算机硬件技术基础外部存储器硬盘光盘储存系统移动存储器计算机硬件技术基础计算机存储器系统外存的特点：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。计算机存储系统reg、cache、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计算机硬件技术基础硬盘系统硬盘的发展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。后来的硬盘基本都沿用了这一结构。计算机硬件技术基础硬盘系统硬盘的发展体积：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)→1～400GB(目前)连续传输速率：100KB/s→50MB/s平均寻道时间：80ms→5ms转速：3600转/s→10000转/s计算机硬件技术基础硬磁盘的结构原理安装孔磁头传动机构磁头臂磁盘盘片底座读写磁头1.硬磁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。计算机硬件技术基础硬磁盘的组成1)磁盘MediaMedia的基板是金属或玻璃材质制成，为达到高密度高稳定的质量，基板要求表面光滑平整，不可有任何暇疵，然后再将磁粉Coating溅渡到基板表面上，最后再涂上保护润滑层。此处有2项高科技，一为，如何制造出不含杂质极细微的磁粉二为，如何将磁粉均匀的Coating上去.Media不可有任何污染，全程制造均需在高洁净度的CleanRoom内，这也是硬盘机要求需在CleanRoom才能拆解的原因。计算机硬件技术基础硬盘的内部结构2)磁头组件及磁头驱动机构：磁头组件是硬盘中最精密的部位之一，它由读写磁头、传动手臂、传动轴三部份组成。磁头是硬盘技术中最重要和关键的一环，它采用了非接触式头、盘结构，加后电在高速旋转的磁盘表面移动，与盘片之间的间隙只有0.1～0.3um，这样可以获得很好的数据传输率。计算机硬件技术基础硬磁盘的组成3)控制电路硬盘的控制电路位于硬盘背面，将背面电路板的安装螺丝拧下，翻开控制电路板即可见到控制电路。硬盘控制电路分为：主控制芯片硬盘数据读写指令等工作数据传输芯片将硬盘磁头前置控制电路读取出数据经过校正及变换后，经过数据接口传输到主机系统高速数据缓存芯片协调硬盘与主机在数据处理速度上的差异而设的。计算机硬件技术基础硬磁盘的组成盘体及主轴驱动机构计算机硬件技术基础硬盘的数据传输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。硬磁盘的组成计算机硬件技术基础硬盘的连线硬磁盘的组成S-ATA连线ATA（IDE)连线S-ATA电源转接线IDE电源连线计算机硬件技术基础2.磁道、扇区和柱面计算机硬件技术基础2.磁道、扇区和柱面计算机硬件技术基础位密度：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3.记录格式数据扇区标志扇区间隙每一扇区除存放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。计算机硬件技术基础硬磁盘的性能指标1.容量容量永远是硬磁盘最重要的指标,其中单碟容量是硬盘相当重要的参数之一，一定程度上决定着硬盘的档次高低。硬盘是由多个存储碟片组合而成的，而单碟容量就是一个存储碟所能存储的最大数据量。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。靠增加碟片来扩充容量满足不断增长的存储容量的需求是不可行的。只有提高每张碟片的容量才能从根本上解决这个问题。目前主流硬盘的单碟容量大都在80GB以上。面密度=位密度×磁道密度（Mb/平方英寸或Gbit/平方英寸）计算机硬件技术基础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.低级格式化一般硬盘在出厂之前都做过低级格式化，低级格式化和操作系统无关。低级格式化的作用：低级格式化的主要作用用以下几种：测试硬盘介质，对已损坏的磁道和扇区做“坏”标记。写入扇区ID，清空扇区内容，每一块的开头部分写入一个扇区ID并且清空数据区。设置交错因子计算机硬件技术基础硬磁盘的性能指标1.容量容量永远是硬磁盘最重要的指标,其中单碟容量是硬盘相当重要的参数之一，一定程度上决定着硬盘的档次高低。硬盘是由多个存储碟片组合而成的，而单碟容量就是一个存储碟所能存储的最大数据量。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。靠增加碟片来扩充容量满足不断增长的存储容量的需求是不可行的。只有提高每张碟片的容量才能从根本上解决这个问题。目前主流硬盘的单碟容量大都在80GB以上。面密度=位密度×磁道密度（Mb/平方英寸或Gbit/平方英寸）计算机硬件技术基础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.低级格式化一般硬盘在出厂之前都做过低级格式化，低级格式化和操作系统无关。低级格式化的作用：低级格式化的主要作用用以下几种：测试硬盘介质，对已损坏的磁道和扇区做“坏”标记。写入扇区ID，清空扇区内容，每一块的开头部分写入一个扇区ID并且清空数据区。设置交错因子计算机硬件技术基础硬磁盘的性能指标1.容量容量永远是硬磁盘最重要的指标,其中单碟容量是硬盘相当重要的参数之一，一定程度上决定着硬盘的档次高低。硬盘是由多个存储碟片组合而成的，而单碟容量就是一个存储碟所能存储的最大数据量。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。靠增加碟片来扩充容量满足不断增长的存储容量的需求是不可行的。只有提高每张碟片的容量才能从根本上解决这个问题。目前主流硬盘的单碟容量大都在80GB以上。面密度=位密度×磁道密度（Mb/平方英寸或Gbit/平方英寸）计算机硬件技术基础硬磁盘的性能指标2.最大内部数据传输率是指磁头至硬盘缓存间的最大数据传输率，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)。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。）计算机硬件技术基础硬磁盘的性能指标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。计算机硬件技术基础硬磁盘的性能指标4.寻道时间该指标是指硬盘磁头移动到数据所在磁道而所用的时间，单位为毫秒(ms)。平均寻道时间则为磁头移动到正中间的磁道需要的时间。注意它与平均访问时间的差别。硬盘的平均寻道时间越小性能则越高，现在一般选用平均寻道时间在10ms以下的硬盘。计算机硬件技术基础硬磁盘的性能指标5.高速缓存该指标指在硬盘内部的高速存储器。目前硬盘的高速缓存一般为2MB～8MB，SCSI硬盘的更大。购买时最好选用缓存为8M以上的硬盘）计算机硬件技术基础硬磁盘的性能指标6.S.M.A.R.TS.M.A.R.T：该指标的英文全称是Self－MonitoringAnalysis＆ReportingTechnology，中文含义是自动监测分析报告技术。这项技术指标使得硬盘可以监测和分析自己的工作状态和性能，并将其显示出来。用户可以随时了解硬盘的运行状况，遇到紧急情况时，可以采取适当措施，确保硬盘中的数据不受损失。采用这种技术以后，硬盘的可靠性得到了很大的提高。计算机硬件技术基础分区和格式化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.低级格式化一般硬盘在出厂之前都做过低级格式化，低级格式化和操作系统无关。低级格式化的作用：低级格式化的主要作用用以下几种：测试硬盘介质，对已损坏的磁道和扇区做“坏”标记。写入扇区ID，清空扇区内容，每一块的开头部分写入一个扇区ID并且清空数据区。设置交错因子计算机硬件技术基础硬盘的使用标准记录：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。扇区扇区计算机硬件技术基础硬盘的使用2.分区(DOS中使用FDISK)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，每个分区对应一个逻辑磁盘。主引导记录分区1（DOS分区）分区2（扩展分区）分区3（其他分区）分区3（其他分区）计算机硬件技术基础主引导记录格式主引导程序(446字节)分区信息1(16字节)分区信息2(16字节)分区信息3(16字节)分区信息4(16字节)55AA000001BD01BE01CD01CE01CE01DD01DE01ED01FD01FE01FF分分分分,0=分分分,0x80=分分分分分分分分分分分分分分分分分分分分分分分,分0x0B=FAT32,0x83=Linux分,00分分分分分分分分分分分分分分分分分分分分分分分,分分分分分分分分分分分分分分分分(分分分分)计算机硬件技术基础硬盘文件系统簇：磁盘空间的基本配置单位，一个文件总是占据整数个簇的空间，一个文件如果包含多个簇，则建立一种链式结构。FAT16，FAT32和NTFSFAT16：我们以前用的DOS、Windows95都使用FAT16文件系统。它最大可以管理大到2GB的分区，但每个分区最多只能有65535个簇（簇是磁盘空间的配置单位）。FAT32：随着大容量硬盘的出现，从Windows98开始，FAT32开始流行。它是FAT16的增强版本，可以支持大到2TB的分区。FAT32使用的簇比FAT16小，从而有效地节约了硬盘空间。NTFS：微软WindowsNT内核的系列操作系统支持，NTFS也是以簇为单位来存储数据文件，但NTFS中簇的大小并不依赖于磁盘或分区的大小。计算机硬件技术基础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。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。文件根目录：一个文件的目录称为一个目录项。存放文件名、修改日期时间、文件长度及起始簇。硬盘的使用分分分分分分分分分分分分分DATA分分分分分FAT1分分分分分FAT1文件名扩展名属性字节文件的最近修改日期文件的最近修改时间文件起始簇号表示文件的长度文件1文件2……文件n文件m1扇区实际情况取大小32个扇区开始簇编号(从2开始)引导扇区FAT1FAT2(重复的)根文件目录其他文件目录及所有文件23456789具体数据文件①查目录找所需要的文件②找到该文件的起始簇号③根据起始簇号查FAT表计算文件在磁盘中的具体位置④读出所需要的文件计算机硬件技术基础硬盘文件系统FAT16目录项32个字节的表示定义字节偏移(16进制)字节数定义0x0~0x78文件名0x8~0xA3扩展名0xB1属性字节0xC~0x1510系统保留0x16~0x172文件的最近