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1、第 七 章 外 部 存 儲(chǔ) 器 硬 盤 軟 盤 系 統(tǒng) 大 容 量 可 更 換 磁 盤 光 盤 儲(chǔ) 存 系 統(tǒng) 第 2 頁 計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ) 計(jì) 算 機(jī) 存 儲(chǔ) 器 系 統(tǒng)和 內(nèi) 存 相 比 ， 外 存 的 特 點(diǎn) ： 容 量 大 (單 位 容 量 成 本 低 )、具 有 非 易 失 性 、 尋 址 和 訪 問 速 度 慢 、 存 儲(chǔ) 體 可 更 換 等 。計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)系統(tǒng) 內(nèi)存外存 磁 存儲(chǔ) 器光 存儲(chǔ) 器 磁 盤磁 帶 軟 磁 盤硬 磁 盤其 他 磁 盤 存 儲(chǔ) 器CDDVD DVD-R .VCD CD-R .半 導(dǎo) 體存 儲(chǔ) 器 Flash電 子 盤外 部 存 儲(chǔ) 器 概 述 第 3 頁

2、 計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ) 7.1 硬盤系統(tǒng)7.1.1 硬 盤 的 發(fā) 展1973年 ， IBM又 發(fā) 明 了 Winchester(溫 氏 )硬 盤 。 80年 代硬 盤 隨 微 機(jī) 的 普 及 而 廣 泛 使 用 。體 積 ： 5.25英 寸 /全 高 3.5英 寸 /半 高 (用 于 臺(tái) 式 PC) 2.5英 寸 (用 于 筆 記 本 PC)容 量 ： 1040MB(8086/286) 100500MB(386/486) 1160GB(目 前 )傳 輸 速 率 ： 100KB/s 50MB/s平 均 尋 道 時(shí) 間 ： 80ms 5ms轉(zhuǎn) 速 ： 3600轉(zhuǎn) /s 10000轉(zhuǎn) /s 第 4

3、頁 計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ) 7.1 硬盤系統(tǒng)7.1.2 硬 盤 的結(jié) 構(gòu)1. 內(nèi) 部 結(jié) 構(gòu) 硬 盤 內(nèi) 部 包 括 浮動(dòng) 磁 頭 組 件 、 磁 頭驅(qū) 動(dòng) 機(jī) 構(gòu) 、 盤 體 及主 軸 驅(qū) 動(dòng) 機(jī) 構(gòu) 、 前置 讀 寫 控 制 電 路 和接 口 電 路 等 。 封 裝在 硬 盤 的 凈 化 腔 體內(nèi) 。 第 5 頁 計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ) 7.1 硬盤系統(tǒng)2. 磁 道 、 扇 區(qū) 和 柱 面盤 體 ： 盤 體 由 多 個(gè) 同 軸 盤 片 組 成 ， 每 個(gè) 盤 片 都 是 雙 面 存儲(chǔ) ， 第 一 個(gè) 盤 片 的 第 一 面 為 0磁 面 ， 下 一 個(gè) 為 1磁 面 ； 第二 個(gè) 盤 片 的 第

4、一 面 為 2磁 面 ， 以 此 類 推 。磁 道 (Track)： 磁 面 上 均 勻 分 布 的 同 心 圓 存 儲(chǔ) 軌 跡 。 最外 層 為 0磁 道 。扇 區(qū) (Sector)： 磁 道 上 等 弧 度 劃 分 的 扇 段 。 一 般 一 個(gè) 扇區(qū) 的 存 儲(chǔ) 容 量 為 512字 節(jié) 。柱 面 (Cylinder)： 各 個(gè) 盤 面 上 同 一 編 號(hào) 磁 道 的 組 合 。單 個(gè)扇 區(qū)外 圈 磁 道中 圈磁 道 內(nèi) 圈磁 道 第 6 頁 計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ) 7.1 硬盤系統(tǒng)3. 記 錄 格 式 每 一 扇 區(qū) 除 存 放 512字 節(jié) 的 用 戶 數(shù) 據(jù) 外 ， 還 存放 著 用

5、于 同 步 、 數(shù) 據(jù) 定 位 、 數(shù) 據(jù) 校 驗(yàn) 等 作 用 的輔 助 數(shù) 據(jù) ， 這 些 數(shù) 據(jù) 一 般 只 作 用 于 硬 盤 內(nèi) 部 。7.1.3 硬 盤 的 使 用硬 盤 在 使 用 之 前 必 須 經(jīng) 過 低 級(jí) 格 式 化 、 分 區(qū) 和高 級(jí) 格 式 化 三 個(gè) 步 驟 。1. 低 級(jí) 格 式 化 (DOS中 使 用 LFORMAT等 軟 件 ) 一 般 硬 盤 在 出 廠 之 前 都 做 過 低 級(jí) 格 式 化 。 低 級(jí) 格 式 化 的 作 用 ： 創(chuàng) 建 磁 道 和 扇 區(qū) ， 寫 入每 個(gè) 扇 區(qū) 的 頭 、 尾 信 息 。 低 級(jí) 格 式 化 和 操 作 系 統(tǒng) 無

6、關(guān) 。 第 7 頁 計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ) 7.1 硬盤系統(tǒng)2. 分 區(qū) (DOS中 使 用 FDISK) 將 硬 盤 分 成 多 個(gè) 分 區(qū) ， 每 個(gè) 分 區(qū) 可 支 持 不 同 的操 作 系 統(tǒng) ， PC機(jī) 常 用 的 三 種 分 區(qū) ：FAT(File Allocation Table)： 16位 文 件 分 配 表(FAT16)， 用 于 DOS、 Windows3.x的 文 件 系 統(tǒng) ，Windows9x/2000繼 續(xù) 支 持 。 用 FDISK對(duì) 硬 盤 進(jìn) 行 分 區(qū) 時(shí) ， 可 將 硬 盤 分 為 一個(gè) 主 分 區(qū) 和 一 個(gè) 擴(kuò) 展 分 區(qū) ， 擴(kuò) 展 分 區(qū) 可 分 成

7、多 個(gè)邏 輯 分 區(qū) ， 每 個(gè) 分 區(qū) 對(duì) 應(yīng) 一 個(gè) 邏 輯 磁 盤 (卷 )。FAT16方 式 的 邏 輯 磁 盤 的 最 大 容 量 為 2GB。 硬 盤 的 分 配 單 位 是 “ 簇 ” (一 般 包 括 多 個(gè) 扇 區(qū) )，并 將 全 部 簇 編 號(hào) ， FAT16文 件 系 統(tǒng) 中 簇 的 編 號(hào) 為16位 二 進(jìn) 制 。 第 8 頁 計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ) 7.1 硬盤系統(tǒng)(軟 盤 為 12位 )。 每 個(gè) 簇 包 含 的 扇 區(qū) 數(shù) 因 邏 輯 盤 容 量 而 異 。FAT32： 32位 文 件 分 配 表 ， 用 于 Windows9x/2000的 文件 系 統(tǒng) ， 用 32

8、位 二 進(jìn) 制 對(duì) 簇 進(jìn) 行 編 號(hào) ， 支 持 邏 輯 最 大 容量 位 2048GB。 和 FAT16相 比 ， FAT32文 件 系 統(tǒng) 的 簇 所 包 含 的 扇 區(qū) 數(shù)少 ， 如 2GB的 一 個(gè) 邏 輯 盤 ， FAT16的 簇 容 量 為 32KB，而 FAT32的 簇 容 量 為 4KB。 FAT32的 磁 盤 利 用 效 率 比FAT16高 約 15%。 但 DOS和 Windows3.x不 支 持 FAT32。N T F S : W i n d o w s N T 文 件 系 統(tǒng) ， 用 于WindowsNT/2000/XP，是 基 于 安 全 性 的 文 件 系 統(tǒng) 。

9、 第 9 頁 計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ) 3. 高 級(jí) 格 式 化 (DOS中 使 用 FORMAT) 將 全 部 扇 區(qū) 分 成 引 導(dǎo) 區(qū) 、 文 件 分 配表 (FAT)、 文 件 根 目 錄 表 和 數(shù) 據(jù) 區(qū) 四 個(gè)區(qū) 域 。引 導(dǎo) 區(qū) ： 磁 盤 參 數(shù) 和 引 導(dǎo) 程 序 等 。 引 導(dǎo) 區(qū)文 件 分 配 表文 件 根 目 錄數(shù) 據(jù) 區(qū)文 件 分 配 表 (FAT)： 數(shù) 據(jù) 區(qū) 的 每 一 個(gè) 簇 對(duì) 應(yīng) 文 件 分 配 表 中的 兩 個(gè) 字 節(jié) ， 表 示 該 簇 被 某 文 件 占 用 并 指 明 該 文 件 下 一簇 。 FAT表 記 錄 著 硬 盤 數(shù) 據(jù) 的 存 儲(chǔ) 地 址

10、， 每 一 個(gè) 文 件 都有 一 組 FAT鏈 指 定 其 存 放 的 簇 地 址 。 FAT表 的 損 壞 意 味著 文 件 內(nèi) 容 的 丟 失 。文 件 根 目 錄 ： 一 個(gè) 文 件 的 目 錄 稱 為 一 個(gè) 目 錄 項(xiàng) ， FAT16 中 占 32個(gè) 字 節(jié) 。 存 放 文 件 名 、 修 改 日 期 時(shí) 間 、 文 件 長 度及 起 始 簇 。 7.1 硬盤系統(tǒng) 文 件 名 文 件 長 度 日 期 時(shí) 間 起 始 簇 號(hào)第 二 簇 號(hào) 文 件 起 始 簇第 三 簇 號(hào) 文 件 第 二 簇第 四 簇 號(hào) 文 件 第 三 簇FFFF 文 件 最 后 簇目 錄 區(qū)文 件 分 配 表 數(shù)

11、據(jù) 區(qū) 第 11 頁 計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ) 7.3 大容量可更換磁盤7.3.1 簡 介 大 容 量 可 更 換 介 質(zhì) 磁 盤 系 統(tǒng) 是 軟 磁 盤 的 更 新 換 代 產(chǎn) 品 ，其 容 量 、 傳 輸 速 度 、 盤 片 轉(zhuǎn) 速 、 尋 道 時(shí) 間 等 指 標(biāo) 介 于 硬盤 和 軟 盤 系 統(tǒng) 之 間 ， 多 數(shù) 指 標(biāo) 接 近 硬 盤 系 統(tǒng) 。 主 要 應(yīng) 用 于 大 量 數(shù) 據(jù) 的 移 動(dòng) 復(fù) 制 。可 更 換 介質(zhì) 存 儲(chǔ) 器系 統(tǒng) 磁 介 質(zhì)光 介 質(zhì) 磁 帶大 容 量 可 更 換 磁 盤各 種 光 盤軟 磁 盤 第 12 頁 計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ) 7.3 大容量可更換磁盤關(guān) 鍵 技

12、 術(shù) ： 一 般 大 容 量 可 更 換 磁 盤 系 統(tǒng) 使 用 了 激光 定 位 等 更 精 確 的 磁 頭 定 位 技 術(shù) ， 使 磁 頭 的 定 位精 度 接 近 硬 盤 ， 從 而 大 大 提 高 磁 道 密 度 。接 口 ： 大 容 量 可 更 換 磁 盤 系 統(tǒng) 的 結(jié) 構(gòu) 有 內(nèi) 置 和 外置 兩 種 ， 其 接 口 有 IDE(內(nèi) 置 )、 SCSI(外 置 )、USB(外 置 )、 并 行 口 (外 置 )和 PCMCIA(用 于 筆 記本 電 腦 ， 外 置 )幾 種 。兼 容 性 ： 部 分 可 更 換 系 統(tǒng) 的 驅(qū) 動(dòng) 器 兼 容 3.5寸 軟 盤 ，它 們 可 已

13、讀 寫 3.5寸 720KB和 1.44MB軟 盤 。前 景 ： 目 前 大 容 量 可 更 換 磁 盤 的 使 用 并 不 普 及 ，主 要 原 因 是 英 特 網(wǎng) 和 光 盤 的 迅 速 發(fā) 展 。7.3.2 常 用 的 磁 光 盤 驅(qū) 動(dòng) 器 公 司ZIP Iomega類 型 容 量(MB)100250 平 均 傳 輸 速率 (KB/s) 平 均 尋 道時(shí) 間 (ms) 盤 片 轉(zhuǎn) 速(轉(zhuǎn) /分 )800 1400 29 2491LS-120(SuperDisk) 3M(Imation) 120 484(IDE)290(并 口 ) 70 720Bernolli貝 努 利 Iomega 3

14、5/65/ 105/150 18 3600Jaz Iomega 1G2G 54007350 10 54005394SparQ SyQuest 1G 1250 12 5400235 SyQuest 235 1250 (并 口 )2400(IDE) 13.5 特 點(diǎn)3.5英 寸 ， 有 內(nèi) 置 (IDE)和外 置 (SCSI/并 口 )3.5英 寸 兼 容 1.44M軟 盤可 作 為 A盤 啟 動(dòng) 系 統(tǒng)大 容 量 ， 性 能 接 近 硬 盤 ，外 置 (SCSI)有 內(nèi) 置 (IDE)和 外 置 (并 口 )內(nèi) 置 (IDE)和 外 置 (SCSI)各 種 可 更 換 磁 盤 系 統(tǒng) 簡 表 第

15、 14 頁 計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ) 7.4 光盤存儲(chǔ)系統(tǒng)最 早 的 光 盤 存 儲(chǔ) 系 統(tǒng) 是 CD(Compact Disc:數(shù) 字 激 光 唱片 )和 LD(Laser Disc:激 光 視 盤 ， 模 擬 方 式 )。 將 CD進(jìn) 行糾 錯(cuò) 方 面 的 改 進(jìn) 后 用 于 計(jì) 算 機(jī) 數(shù) 據(jù) 存 儲(chǔ) 。光 盤 儲(chǔ) 存 系 統(tǒng) 的 特 點(diǎn)容 量 大 ： CD:650MB DVD:17GB。成 本 低 ： 位 成 本 遠(yuǎn) 低 于磁 性 儲(chǔ) 存 ?？?靠 性 ： 抗 磁 ， 無 磨 損 。速 率 ： 高 于 軟 盤 ， 低 于硬 盤 ?？?寫 性 ： 有 只 讀 和 可 擦寫 型 。 數(shù) 據(jù) 區(qū)

16、螺 旋型 數(shù) 據(jù) 軌 道中 心 孔空 白 區(qū) 7.5mm17.5mm60mm 第 15 頁 計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ) 7.4 光盤存儲(chǔ)系統(tǒng)7.4.1 光 盤 的 種 類目 前 光 盤 儲(chǔ) 存 系 統(tǒng) 有 CD和 DVD兩 類 ：CD： 存 儲(chǔ) 容 量 約 650MB，按 讀 寫 屬 性 可 分 為 只 讀 、一 次 可 寫 ， 可 擦 寫 三 種 。DVD： 可 雙 面 存 儲(chǔ) 信 息 ，而 且 每 面 可 存 儲(chǔ) 兩 層 信 息 。單 面 單 層 4.7GB， 雙 面 單層 9.4GB， 雙 面 雙 層 17 GB。 CD CD-ROM VCDCD-IPhotoCDCD-RCD-RWDVD DVD

17、-ROMDVD-RDVD-RW 第 16 頁 計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ) 7.4 光盤存儲(chǔ)系統(tǒng)1. CD類 光 盤 按 應(yīng) 用 和 介 質(zhì) 分 類CD-DA(Digital Audio)： 激 光 唱 盤 。CD-ROM(Read Only Memory)： 只 讀 光 盤 ， 作 為 電 子出 版 物 載 體 。Photo CD： Kodak公 司 制 定 的 ， 用 壓 縮 方 式 存 儲(chǔ) 數(shù) 字照 片 的 CD格 式 標(biāo) 準(zhǔn) 。CD-I(Interactive)： 一 種 支 持 交 互 的 CD技 術(shù) 規(guī) 范 。VCD(Video CD)： 用 MPEG-1壓 縮 方 式 存 儲(chǔ) 數(shù) 字 化

18、視 頻和 音 頻 的 CD標(biāo) 準(zhǔn) 。 其 視 頻 分 辨 率 約 為 240X320， 伴 音為 雙 聲 道 立 體 聲 ， 播 放 時(shí) 間 約 74分 鐘 。CD-R(Recordable)： 可 寫 入 的 介 質(zhì) 光 盤 ， 可 分 多 次 寫入 。CD-RW(ReWritable)： 可 擦 寫 的 介 質(zhì) 盤 。 第 17 頁 計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ) 7.4 光盤存儲(chǔ)系統(tǒng)2. DVD類 光 盤DVD(Digital Video Disk)： 用 MPEG-2壓 縮 方 式 存 儲(chǔ) 數(shù)字 化 視 頻 和 音 頻 高 密 度 光 盤 標(biāo) 準(zhǔn) 。 其 視 頻 分 辨 率 約 為 480X640

19、， 伴 音 為 5.1聲 道 環(huán) 繞 立 體 聲 ， 還 包 含 有 4通 道的 字 幕 。 單 面 單 層 DVD盤 (4.7GB)可 存 儲(chǔ) 135分 鐘 節(jié) 目 。DVD-R： 可 寫 入 的 介 質(zhì) 光 盤 ， 可 分 多 次 寫 入 。DVD-RW： 可 擦 寫 的 介 質(zhì) 盤 。7.4.2 CD-ROM數(shù) 據(jù) 格 式經(jīng) 過 對(duì) CD-DA的 數(shù) 據(jù) 格 式 的 改 進(jìn) ， 增 強(qiáng) 糾 錯(cuò) 功 能 形 成 了CD-ROM的 數(shù) 據(jù) 格 式 ， 經(jīng) 過 標(biāo) 準(zhǔn) 化 后 形 成 High Sierra格式 ， 用 于 一 般 的 只 讀 CD盤 (模 式 1)。 第 18 頁 計(jì)算機(jī)硬件

20、技術(shù)基礎(chǔ) 7.4 光盤存儲(chǔ)系統(tǒng) 為 了 使 光 盤 具 備 多 重 會(huì) 話 能 力 ， 產(chǎn) 生 CD-ROM XA擴(kuò)展 標(biāo) 準(zhǔn) (模 式 2)。 包 括 兩 種 格 式 。同 步(12字 節(jié) ) 頭 部(8字 節(jié) ) 用 戶 數(shù) 據(jù)(2048字 節(jié) ) 糾 錯(cuò) /檢 錯(cuò) 碼(284字 節(jié) )同 步(12字 節(jié) ) 頭 部(8字 節(jié) ) 用 戶 數(shù) 據(jù)(2048字 節(jié) ) 糾 錯(cuò) 碼(280字 節(jié) )模 式 2， 格 式 1 子 頭 部(8字 節(jié) ) 檢 錯(cuò) 碼(4字 節(jié) )模 式 1同 步(12字 節(jié) ) 頭 部(8字 節(jié) ) 用 戶 數(shù) 據(jù)(2324字 節(jié) )模 式 2， 格 式 2 子 頭

21、 部(8字 節(jié) ) 檢 錯(cuò) 碼(4字 節(jié) ) 第 19 頁 計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ) 7.4 光盤存儲(chǔ)系統(tǒng)7.4.3 光 盤 驅(qū) 動(dòng) 器1. 光 驅(qū) 原 理3. 光 驅(qū) 類 型 ： 只 讀 型 (CD-ROM) 一 次 寫 入 型 (CD-R) 可 擦 寫 型 (CD-RW) 直 接 重 寫 型(OverWrite)4. 讀 寫 方 式 恒 定 角 速 度 恒 定 線 速 度 真 倍 速 /多 光 束 激 光 二 極 管 移 動(dòng)反 光 鏡平 行 移動(dòng) 機(jī) 構(gòu)激 光檢 測(cè) 器 光 盤 及旋 轉(zhuǎn) 機(jī) 構(gòu) 第 20 頁 計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)基礎(chǔ) 7.4 光盤存儲(chǔ)系統(tǒng)5. 光 驅(qū) 的 主 要 技 術(shù) 指 標(biāo) 傳

22、輸 速 率 標(biāo) 準(zhǔn) 速 率 為 150KB/s。 N倍 速 光 驅(qū) 的 最 大 傳 輸 速 率 為 NX150KB/s。 對(duì) 恒 定 角 速 度 光 驅(qū) 為 讀 外 圈 光 道 時(shí) 的 速 度 。 可 寫 光 驅(qū) 的 寫 速 度 一 般 比 讀 速 度 低 的 多 。 訪 問 時(shí) 間 接 到 指 令 到 讀 出 第 一 個(gè) 字 節(jié) 的 平 均 時(shí) 間 (光 盤 處 于 全 速 旋轉(zhuǎn) 時(shí) )。 緩 存 容 量 一 般 為 256KB。 較 大 的 緩 存 可 以 提 高 CPU效 率 。6. 光 驅(qū) 接 口 內(nèi) 置 一 般 為 IDE接 口 ， 外 置 有 SCSI、 USB和 并 行 口 三 種 。