江蘇省計(jì)算機(jī)一級(jí)第2章26外存儲(chǔ)器

1、2.6 2.6 外存儲(chǔ)器外存儲(chǔ)器2.6.1 硬盤存儲(chǔ)器硬盤存儲(chǔ)器2.6.2 U盤、存儲(chǔ)卡和固態(tài)硬盤盤、存儲(chǔ)卡和固態(tài)硬盤2.6.3 光盤存儲(chǔ)器光盤存儲(chǔ)器22.6 外存儲(chǔ)器PC機(jī)的外存儲(chǔ)器機(jī)的外存儲(chǔ)器硬盤硬盤存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器軟盤軟盤驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)器光盤光盤驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)器32.6 外存儲(chǔ)器2.6.1 硬盤存儲(chǔ)器硬盤存儲(chǔ)器42.6 外存儲(chǔ)器硬盤存儲(chǔ)器硬盤存儲(chǔ)器概述概述n功用：功用：n 長期（非易失性）保存二進(jìn)制信息長期（非易失性）保存二進(jìn)制信息n特點(diǎn)：特點(diǎn)：n 可讀可寫可讀可寫n 容量很大（當(dāng)前臺(tái)式容量很大（當(dāng)前臺(tái)式PC：250GB1000GB）n 可靠性高可靠性高n 成本極低（當(dāng)前：成本極低（當(dāng)前：0.5GB

2、1GB/元）元）n 技術(shù)發(fā)展很快，容量將更大，成本會(huì)更低技術(shù)發(fā)展很快，容量將更大，成本會(huì)更低52.6 外存儲(chǔ)器磁盤存儲(chǔ)器的信息存儲(chǔ)原理磁盤存儲(chǔ)器的信息存儲(chǔ)原理(1)(1)磁頭，用磁頭，用于寫入和于寫入和讀出信息讀出信息“0”“1”盤片旋轉(zhuǎn)方向盤片旋轉(zhuǎn)方向磁磁盤盤片片磁性材料粒子的兩種不同磁磁性材料粒子的兩種不同磁化方向，分別表示記錄的是化方向，分別表示記錄的是“0”還是還是“1”62.6 外存儲(chǔ)器磁盤存儲(chǔ)器的信息記錄原理磁盤存儲(chǔ)器的信息記錄原理(2)寫寫“1”寫寫“0”電流方向電流方向磁頭磁頭盤盤 片片 旋旋 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 方向方向磁性材料粒子磁性材料粒子磁盤磁盤表面表面72.6 外存儲(chǔ)器磁磁 道道扇

3、扇 區(qū)區(qū)磁盤的磁道和扇區(qū)磁盤的磁道和扇區(qū)磁盤表面被磁盤表面被分為許多同分為許多同心圓，每個(gè)心圓，每個(gè)同心圓稱為同心圓稱為一個(gè)磁道。一個(gè)磁道。每個(gè)磁道都每個(gè)磁道都有一個(gè)編號(hào)，有一個(gè)編號(hào)，最外面的是最外面的是0磁道磁道 每個(gè)磁道被劃每個(gè)磁道被劃分為若干段分為若干段（段又叫扇（段又叫扇區(qū)），每個(gè)扇區(qū)），每個(gè)扇區(qū)的存儲(chǔ)容量區(qū)的存儲(chǔ)容量均為均為512字節(jié)。字節(jié)。每個(gè)扇區(qū)都有每個(gè)扇區(qū)都有一個(gè)編號(hào)一個(gè)編號(hào) 注：所謂磁盤的格式化操作，就是在盤面上劃分磁道和扇區(qū)，注：所謂磁盤的格式化操作，就是在盤面上劃分磁道和扇區(qū)，并在扇區(qū)中填寫扇區(qū)號(hào)等信息的過程并在扇區(qū)中填寫扇區(qū)號(hào)等信息的過程82.6 外存儲(chǔ)器 硬盤存儲(chǔ)器的

4、結(jié)構(gòu)硬盤存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)控制電路控制電路硬盤片硬盤片接口接口柱面柱面所有盤片上相同半所有盤片上相同半徑處的所有磁道構(gòu)徑處的所有磁道構(gòu)成一個(gè)成一個(gè)“柱面柱面” ” 磁頭磁頭磁頭浮在高速旋轉(zhuǎn)磁頭浮在高速旋轉(zhuǎn)的盤上，它負(fù)責(zé)盤的盤上，它負(fù)責(zé)盤片上數(shù)據(jù)的寫入或片上數(shù)據(jù)的寫入或讀出讀出 移動(dòng)臂移動(dòng)臂用來固定磁頭并可帶用來固定磁頭并可帶動(dòng)磁頭沿盤片徑向高動(dòng)磁頭沿盤片徑向高速移動(dòng)，以便定位到速移動(dòng)，以便定位到指定的指定的“柱面柱面” ” 主軸主軸帶動(dòng)盤片帶動(dòng)盤片高速旋轉(zhuǎn)高速旋轉(zhuǎn) 92.6 外存儲(chǔ)器信息的平均存取時(shí)間信息的平均存取時(shí)間n磁盤上的信息以扇區(qū)為單位進(jìn)行讀寫，平均存取時(shí)間為：磁盤上的信息以扇區(qū)為單位進(jìn)行讀

5、寫，平均存取時(shí)間為：T = 尋道時(shí)間尋道時(shí)間+旋轉(zhuǎn)等待時(shí)間旋轉(zhuǎn)等待時(shí)間+數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間n尋道時(shí)間尋道時(shí)間磁頭尋找到指定磁道所需時(shí)間磁頭尋找到指定磁道所需時(shí)間(大約大約5ms)n旋轉(zhuǎn)等待時(shí)間旋轉(zhuǎn)等待時(shí)間指定扇區(qū)旋轉(zhuǎn)到磁頭下方所需要的時(shí)間指定扇區(qū)旋轉(zhuǎn)到磁頭下方所需要的時(shí)間(大大約約46ms) (轉(zhuǎn)速：轉(zhuǎn)速： 4200/5400/7200/10000rpm)n數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間(大約大約0.01ms/扇區(qū)扇區(qū))磁頭磁頭磁道磁道旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)軸碟片碟片102.6 外存儲(chǔ)器硬盤存儲(chǔ)器的性能指標(biāo)硬盤存儲(chǔ)器的性能指標(biāo)（1）容量：以）容量：以GB為單位，目前硬盤單碟容量約為幾百個(gè)為單位，目前硬盤單

6、碟容量約為幾百個(gè)GB（2）平均存取時(shí)間：在幾）平均存取時(shí)間：在幾ms幾十幾十ms之間，由硬盤的旋轉(zhuǎn)速度、磁頭之間，由硬盤的旋轉(zhuǎn)速度、磁頭尋道時(shí)間和數(shù)據(jù)傳輸速率所決定尋道時(shí)間和數(shù)據(jù)傳輸速率所決定（3）緩存容量：原則上越大越好，通常為幾）緩存容量：原則上越大越好，通常為幾MB幾十幾十MB（4）數(shù)據(jù)傳輸速率）數(shù)據(jù)傳輸速率n外部傳輸速率指主機(jī)從（向）硬盤緩存讀出（寫入）數(shù)據(jù)的速度，外部傳輸速率指主機(jī)從（向）硬盤緩存讀出（寫入）數(shù)據(jù)的速度，與采用的接口類型有關(guān)與采用的接口類型有關(guān)n內(nèi)部傳輸速率指硬盤在盤片上讀寫數(shù)據(jù)的速度，轉(zhuǎn)速越高內(nèi)部傳內(nèi)部傳輸速率指硬盤在盤片上讀寫數(shù)據(jù)的速度，轉(zhuǎn)速越高內(nèi)部傳輸速率越快輸

7、速率越快 （5）與主機(jī)的接口：）與主機(jī)的接口：n前些年使用：并行前些年使用：并行ATA（PATA）接口）接口n當(dāng)前流行：當(dāng)前流行： 串行串行ATA（SATA）接口）接口112.6 外存儲(chǔ)器選講：選講： 關(guān)于硬盤的關(guān)于硬盤的SATA接口接口(1)n前幾年前幾年P(guān)C大多使用并行大多使用并行ATA接口接口nUltra ATA100或或Ultra ATA133接口，傳輸速率最高分別為接口，傳輸速率最高分別為100MB/s和和133MB/sn近兩年開始大量采用近兩年開始大量采用SATA接口接口(150300MB/s)n串行傳輸方式，工作頻率高串行傳輸方式，工作頻率高(1.5GHz-3GHz)n低電平差分

8、信號(hào)，內(nèi)嵌時(shí)鐘信號(hào)低電平差分信號(hào)，內(nèi)嵌時(shí)鐘信號(hào)n傳輸線長度增加，插頭插座體積縮小傳輸線長度增加，插頭插座體積縮小122.6 外存儲(chǔ)器選講：選講： 關(guān)于硬盤的關(guān)于硬盤的SATA接口接口(2)并行并行ATA接口的連接電纜接口的連接電纜SATA接口的連接電纜接口的連接電纜SATA接口電路功能接口電路功能SATA接口采用差分接口采用差分信號(hào)串行傳輸信號(hào)串行傳輸132.6 外存儲(chǔ)器使用硬盤應(yīng)注意什么使用硬盤應(yīng)注意什么? ?n正在對硬盤讀寫時(shí)不能關(guān)掉電源正在對硬盤讀寫時(shí)不能關(guān)掉電源 n保持使用環(huán)境的清潔衛(wèi)生，注意防塵；控制環(huán)境溫保持使用環(huán)境的清潔衛(wèi)生，注意防塵；控制環(huán)境溫度，防止高溫、潮濕和磁場的影響度，

9、防止高溫、潮濕和磁場的影響n防止硬盤受震動(dòng)，工作時(shí)不要移動(dòng)機(jī)器防止硬盤受震動(dòng)，工作時(shí)不要移動(dòng)機(jī)器n及時(shí)對硬盤內(nèi)容進(jìn)行整理，包括目錄的整理、文件及時(shí)對硬盤內(nèi)容進(jìn)行整理，包括目錄的整理、文件的清理、磁盤碎片整理等的清理、磁盤碎片整理等n防止計(jì)算機(jī)病毒對硬盤的破壞，對硬盤定期進(jìn)行病防止計(jì)算機(jī)病毒對硬盤的破壞，對硬盤定期進(jìn)行病毒檢測毒檢測142.6 外存儲(chǔ)器移動(dòng)硬盤移動(dòng)硬盤n工作原理與固定硬盤相同工作原理與固定硬盤相同n存儲(chǔ)容量較大（存儲(chǔ)容量較大（30GB160GB、320GB）n采用采用USB或或IEE1394接口，接口，即插即用，支持熱插拔即插即用，支持熱插拔(必必須先停止工作須先停止工作)n小巧

10、而便于攜帶小巧而便于攜帶n速度快，安全可靠速度快，安全可靠移動(dòng)硬盤移動(dòng)硬盤152.6 外存儲(chǔ)器2.6.2 U盤、存儲(chǔ)卡盤、存儲(chǔ)卡和固態(tài)硬盤和固態(tài)硬盤162.6 外存儲(chǔ)器優(yōu)優(yōu) 盤盤n采用采用Flash存儲(chǔ)器（閃存）芯片，存儲(chǔ)器（閃存）芯片，體積小，重量輕體積小，重量輕n容量按需要而定（幾十容量按需要而定（幾十MB幾十幾十GB），具有寫保護(hù)功能），具有寫保護(hù)功能n數(shù)據(jù)保存安全可靠，使用壽命長數(shù)據(jù)保存安全可靠，使用壽命長n使用使用USB接口，即插即用，支持熱接口，即插即用，支持熱插拔插拔(必須先停止工作必須先停止工作)n讀寫速度比較快讀寫速度比較快n可以模擬光驅(qū)和硬盤啟動(dòng)操作系統(tǒng)可以模擬光驅(qū)和硬盤啟

11、動(dòng)操作系統(tǒng)172.6 外存儲(chǔ)器存儲(chǔ)卡存儲(chǔ)卡n原理與原理與U盤相同，也使用閃存芯片（盤相同，也使用閃存芯片（flash memory）做成）做成n長方形或正方形的卡片狀，使用印刷插頭，不長方形或正方形的卡片狀，使用印刷插頭，不使用使用USB插頭插頭nPC機(jī)使用讀卡器才能對存儲(chǔ)卡進(jìn)行讀寫機(jī)使用讀卡器才能對存儲(chǔ)卡進(jìn)行讀寫n存儲(chǔ)卡的主要種類：存儲(chǔ)卡的主要種類：nCF卡卡nMMC卡卡nSD/SDHC卡（包括卡（包括Mini SD卡、卡、Micro SD卡）卡）nMemory Stick卡卡(MS卡卡)n用途：數(shù)碼相機(jī)、游戲機(jī)、手機(jī)、用途：數(shù)碼相機(jī)、游戲機(jī)、手機(jī)、MP3播放器播放器外置外置“多合多合一讀卡

12、器一讀卡器”182.6 外存儲(chǔ)器固態(tài)硬盤（固態(tài)硬盤（SSD）n固態(tài)硬盤固態(tài)硬盤(Solid State Disk、Solid State Drive)是使用是使用NAND型閃存型閃存做成的外存儲(chǔ)器做成的外存儲(chǔ)器n用途：在便攜式計(jì)算機(jī)中代替?zhèn)鹘y(tǒng)的硬盤用途：在便攜式計(jì)算機(jī)中代替?zhèn)鹘y(tǒng)的硬盤n外形與常規(guī)硬盤相同，如外形與常規(guī)硬盤相同，如1.8英寸、英寸、2.5英寸或英寸或3.5英寸，與主機(jī)的接口也相互兼容英寸，與主機(jī)的接口也相互兼容n存儲(chǔ)容量：存儲(chǔ)容量：64GB128GB或更大或更大n優(yōu)點(diǎn)：低功耗、無噪音、抗震動(dòng)、低熱量，讀寫優(yōu)點(diǎn)：低功耗、無噪音、抗震動(dòng)、低熱量，讀寫速度也快于傳統(tǒng)硬盤速度也快于傳統(tǒng)硬

13、盤n存在問題：存在問題：n成本：高于常規(guī)的硬盤成本：高于常規(guī)的硬盤n壽命：壽命：Flash存儲(chǔ)器都有一定的寫入壽命、壽命存儲(chǔ)器都有一定的寫入壽命、壽命到到期期后數(shù)據(jù)會(huì)讀不出來且難以修復(fù)后數(shù)據(jù)會(huì)讀不出來且難以修復(fù)192.6 外存儲(chǔ)器2.6.3 光盤存儲(chǔ)器光盤存儲(chǔ)器202.6 外存儲(chǔ)器 光盤存儲(chǔ)器的發(fā)展光盤存儲(chǔ)器的發(fā)展分代分代年代年代名稱名稱激光類型激光類型存儲(chǔ)容量存儲(chǔ)容量第第1代代1982CD光盤存儲(chǔ)器光盤存儲(chǔ)器紅外光紅外光650MB第第2代代1995DVD光盤存儲(chǔ)器光盤存儲(chǔ)器紅光紅光4.7GB第第3代代2006BD光盤存儲(chǔ)器光盤存儲(chǔ)器藍(lán)光藍(lán)光25GB（注：（注：DVD和和BD的容量均為單面單層

14、的容量）的容量均為單面單層的容量）212.6 外存儲(chǔ)器選講：選講： 光盤的信息記錄原理光盤的信息記錄原理光盤上的光盤上的螺旋形光道螺旋形光道凹坑的邊緣凹坑的邊緣用來表示用來表示“1”，而，而凹坑和非凹凹坑和非凹坑的平坦部坑的平坦部分表示分表示“0”222.6 外存儲(chǔ)器選講：選講： 光盤驅(qū)動(dòng)器的工作原理光盤驅(qū)動(dòng)器的工作原理 驅(qū)動(dòng)器由光頭、光頭驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)器由光頭、光頭驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、盤片驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、控制電路等組盤片驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、控制電路等組成成激光器發(fā)出的激光經(jīng)過透鏡聚激光器發(fā)出的激光經(jīng)過透鏡聚焦后到達(dá)光盤，從光盤上反射焦后到達(dá)光盤，從光盤上反射回來的激光束沿原來的光路返回來的激光束沿原來的光路返回，到達(dá)

15、激光束分離器后反射回，到達(dá)激光束分離器后反射到光電檢測器，由光電檢測器到光電檢測器，由光電檢測器把光信號(hào)變成電信號(hào)，再經(jīng)過把光信號(hào)變成電信號(hào)，再經(jīng)過電子線路處理后還原成原來的電子線路處理后還原成原來的二進(jìn)制數(shù)據(jù)二進(jìn)制數(shù)據(jù)光頭光頭232.6 外存儲(chǔ)器為什么為什么DVD容量比容量比CD大得多？大得多？1) 更小的凹點(diǎn)長度更小的凹點(diǎn)長度(2.08x), 2) 數(shù)據(jù)軌道間隔更緊密數(shù)據(jù)軌道間隔更緊密 (2.16x), 3) 采用較短波長的采用較短波長的635nm或或650nm的紅色激光的紅色激光, 使激光斑點(diǎn)直徑縮小使激光斑點(diǎn)直徑縮小,提高信息的鑒別能力提高信息的鑒別能力.4) 數(shù)據(jù)區(qū)域稍大一點(diǎn)數(shù)據(jù)區(qū)域

16、稍大一點(diǎn)(1.02x), 5) 更有效的信道比特調(diào)制更有效的信道比特調(diào)制 (1.06x), 6) 更有效的糾錯(cuò)碼更有效的糾錯(cuò)碼(1.32x), 7) 較少的段開銷較少的段開銷(1.06x).242.6 外存儲(chǔ)器 光盤驅(qū)動(dòng)器的類型光盤驅(qū)動(dòng)器的類型n按信息讀寫能力分按信息讀寫能力分n只讀光驅(qū)只讀光驅(qū)n可寫光驅(qū)（光盤刻錄機(jī)）可寫光驅(qū)（光盤刻錄機(jī)）n按可處理盤片類型進(jìn)一步分成：按可處理盤片類型進(jìn)一步分成：nCD只讀光驅(qū)只讀光驅(qū)nCD刻錄機(jī)刻錄機(jī)nDVD只讀光驅(qū)只讀光驅(qū)nDVD刻錄機(jī)刻錄機(jī)nDVD只讀只讀/CD刻錄機(jī)組合而成的刻錄機(jī)組合而成的“康寶康寶”nBD（Blue-ray Disc）只讀光驅(qū)）只讀

17、光驅(qū)nBD刻錄機(jī)刻錄機(jī)（使用（使用405 nm藍(lán)色激光）藍(lán)色激光）25 GB /50 GB（使用（使用650 nm紅色激光）紅色激光）4.7 /8.5 /9.4 /17 GB（使用（使用780 nm紅外激光）紅外激光）0.7 GB252.6 外存儲(chǔ)器 光盤片的類型光盤片的類型n按存儲(chǔ)容量與讀寫特性分：按存儲(chǔ)容量與讀寫特性分：nCD盤片盤片nDVD盤片盤片n藍(lán)光盤片藍(lán)光盤片只讀盤片（只讀盤片（CD-ROM）一次性可寫盤片（一次性可寫盤片（CD-R）可擦寫盤片（可擦寫盤片（CD-RW）只讀盤片（只讀盤片（DVD）一次性可寫盤片（一次性可寫盤片（DVD-R, DVD+R）可擦寫盤片（可擦寫盤片（DV

18、D-RW, DVD+RW DVD-RAM ）只讀盤片（只讀盤片（BD）一次性可寫盤片（一次性可寫盤片（BD-R）可擦寫盤片（可擦寫盤片（BD-RE）藍(lán)光盤藍(lán)光盤262.6 外存儲(chǔ)器資料資料:DVD刻錄機(jī)和刻錄機(jī)和DVD光盤的容量光盤的容量 nDVD刻錄盤目前有刻錄盤目前有2大類、大類、5種規(guī)格：種規(guī)格：n一次性可寫：一次性可寫：DVD-R、 DVD+Rn可擦寫：可擦寫：DVD-RAM、DVD-RW、DVD+RWnSuperMulti DVD刻錄機(jī)能夠兼容上述大部或全部盤片刻錄機(jī)能夠兼容上述大部或全部盤片nDVD盤片的容量：盤片的容量：DVD光盤類型光盤類型120mm DVD存儲(chǔ)容量存儲(chǔ)容量(GB)80mmDVD存儲(chǔ)容量存儲(chǔ)容量(GB) 單面單層單面單層(SS/SL) 單面雙層單面雙層(SS/DL) 雙面單層雙面單層(DS/SL) 雙面雙層雙面雙層(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)272.6 外存儲(chǔ)器資料資料:光盤驅(qū)動(dòng)器與盤片的兼容性光盤驅(qū)動(dòng)器與盤片的兼容性Pressed CDCD-RCD-RWPressed DVDDVD-RDVD+RDVD-RWD