大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)第四章

4-1移動存儲器

4-1-1移動存儲器的分類移動存儲器是指便攜式的數(shù)據(jù)存儲裝置，指帶有存儲介質(zhì)且（一般）自身具有讀寫介質(zhì)的功能，不需要或很少需要其他裝置（例如計(jì)算機(jī)）的協(xié)助?，F(xiàn)代的移動存儲主要有移動硬盤、USB盤和各種記憶卡。目前一頁\總數(shù)四十六頁\編于十九點(diǎn)（1）移動硬盤移動硬盤(MobileHarddisk)是以硬盤為存儲介質(zhì)，計(jì)算機(jī)之間交換大容量數(shù)據(jù)，強(qiáng)調(diào)便攜性的存儲產(chǎn)品。市場上的主要品牌有：希捷、東芝、三星、愛國者等。目前二頁\總數(shù)四十六頁\編于十九點(diǎn)（2）閃盤閃存盤是一種采用USB接口的無需物理驅(qū)動器的微型高容量移動存儲產(chǎn)品。它采用的存儲介質(zhì)為閃存(FlashMemory)，且將驅(qū)動器及存儲介質(zhì)合二為一，所以不需要額外的驅(qū)動器，只要接上電腦上的USB接口就可獨(dú)立地存儲讀寫數(shù)據(jù)。目前三頁\總數(shù)四十六頁\編于十九點(diǎn)

4-1-2移動存儲器的應(yīng)用（1）存儲數(shù)據(jù)的工具（2）轉(zhuǎn)移數(shù)據(jù)的媒介（3）系統(tǒng)啟動工具（特別在安裝系統(tǒng)時(shí)）（4）密碼鑰匙（如U盾）目前四頁\總數(shù)四十六頁\編于十九點(diǎn)4-2硬盤驅(qū)動器的分類和結(jié)構(gòu)4-2-1按硬盤與微機(jī)之間數(shù)據(jù)接口分類通常分為：IDE、ATA、SATA、SATAⅡ、SATAⅢ、SCSI等。目前五頁\總數(shù)四十六頁\編于十九點(diǎn)4-2-2硬盤驅(qū)動器的結(jié)構(gòu)大多數(shù)硬盤把磁盤、磁頭、電機(jī)集中到一個(gè)全封閉的超凈腔體中，在外面有放大器、控制電路、接口電路等部件。用戶沒有凈化條件，不允許自行打開盤腔。在硬盤驅(qū)動器背面有一塊電路板，電路板和內(nèi)部磁頭通過一條軟電路連接。目前六頁\總數(shù)四十六頁\編于十九點(diǎn)在驅(qū)動器的一端有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的電源接口，接口旁邊是IDE接口或SATA接口。在電源接口與IDE接口之間有一個(gè)跳線裝置，使用它可以設(shè)置硬盤的主、從工作狀態(tài)（SATA接口硬盤沒有跳線裝置）。目前七頁\總數(shù)四十六頁\編于十九點(diǎn)上圖是一個(gè)機(jī)械硬盤，即是傳統(tǒng)普通硬盤，主要由：盤片，磁頭，盤片轉(zhuǎn)軸及控制電機(jī)，磁頭控制器，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，接口，緩存等幾個(gè)部分組成。目前八頁\總數(shù)四十六頁\編于十九點(diǎn)磁盤的盤片在一個(gè)盤腔中可以有一個(gè)或多個(gè)盤片。磁盤驅(qū)動機(jī)構(gòu)，主軸電機(jī)和盤片主軸直接連接，多數(shù)硬盤的主軸電機(jī)轉(zhuǎn)速在7200轉(zhuǎn)。提高主軸轉(zhuǎn)速是提高硬盤速度的途徑之一。磁盤的讀寫頭，硬盤的每個(gè)磁面都有一個(gè)讀寫磁頭，磁頭數(shù)是硬盤的一個(gè)重要技術(shù)指標(biāo)。磁頭安裝在一個(gè)有彈簧加載的活動臂上，有一個(gè)盤片，就有兩個(gè)磁頭，磁頭數(shù)是盤片數(shù)的2倍。磁頭是懸浮在磁盤表面讀取信息的；硬盤讀取、寫入、保存數(shù)據(jù)，其原理是改變高速旋轉(zhuǎn)盤面上的磁顆粒的極性。硬盤采用非接觸的頭、盤結(jié)構(gòu)。目前九頁\總數(shù)四十六頁\編于十九點(diǎn)4-3硬盤存儲工作原理及主要性能指標(biāo)4-3-1硬盤存儲工作原理硬盤中的機(jī)械機(jī)構(gòu)是：硬盤盤片、磁盤驅(qū)動機(jī)構(gòu)、讀寫磁頭、磁頭定位機(jī)構(gòu)等。這幾個(gè)部分要能步調(diào)統(tǒng)一地協(xié)調(diào)工作離不開控制電路，硬盤上的控制電路裝在一塊電路板上，它含有驅(qū)動主軸的驅(qū)動和控制電路，還有根據(jù)預(yù)約約定的邏輯向硬盤控制器發(fā)送數(shù)據(jù)的電路?？刂齐娐坟?fù)責(zé)把接口傳來的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換送到讀寫磁頭，負(fù)責(zé)確定磁盤上什么地方是空，把數(shù)據(jù)寫到磁盤上的指定位置，或負(fù)責(zé)從磁盤上找到數(shù)據(jù)存儲的位置，把數(shù)據(jù)從硬盤盤片上讀出來，并轉(zhuǎn)換成符合接口標(biāo)準(zhǔn)的信號，傳送到接口。目前十頁\總數(shù)四十六頁\編于十九點(diǎn)4-3-2硬盤存儲器主要性能指標(biāo)A存儲容量硬盤的第一性能指標(biāo)。通常以MB即兆字節(jié)為單位，1M=1024*1024。B硬盤速度衡量硬盤速度的性能指標(biāo)主要有：C平均尋道時(shí)間（即尋址時(shí)間）是硬盤在盤面上移動讀寫磁頭至指定的磁道所用的時(shí)間。D平均尋道時(shí)間，反映了硬盤磁頭的移動定位速度，它直接影響硬盤的訪問速度。E平均等待時(shí)間，是指磁頭已處于要訪問的磁道，等待要訪問的扇區(qū)旋轉(zhuǎn)至磁頭下方的時(shí)間。F平均訪問時(shí)間，指磁頭從起始位置到達(dá)目標(biāo)磁道位置，并且從目標(biāo)磁道上找到要讀寫的數(shù)據(jù)扇區(qū)所需的全部時(shí)間，包括尋址+等待時(shí)間。時(shí)間越短越好。目前十一頁\總數(shù)四十六頁\編于十九點(diǎn)G數(shù)據(jù)傳輸率，表示在磁頭定位后，磁盤讀寫或?qū)憯?shù)據(jù)的速度。用兆字節(jié)每秒（MB/s）或兆比特每秒（Mbps），硬盤的數(shù)據(jù)傳輸率越高表明其傳輸數(shù)據(jù)的速度越快。MB/s的含義是兆字節(jié)每秒，指每秒傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)量；Mbit/s的含義是兆比特每秒，指每秒傳輸?shù)谋忍匚粩?shù)。MB/s中的B字母是Byte的含義，Byte是字節(jié)數(shù)，bit是位數(shù)，在計(jì)算機(jī)中每八位為一字節(jié)，也就是1Byte＝8bit，是1：8的對應(yīng)關(guān)系。因此1MB/s等于8Mbit/s。但在硬盤的數(shù)據(jù)傳輸率上二者就不能用一般的MB和Mbit的換算關(guān)系（1B=8bit）來進(jìn)行換算。因?yàn)樵贛bit中還包含有許多bit（位）的輔助信息，不完全是硬盤傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，簡單的用8來換算，將無法得到真實(shí)的內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸率數(shù)值。目前十二頁\總數(shù)四十六頁\編于十九點(diǎn)硬盤的數(shù)據(jù)傳輸率分為突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸率（外部）和持續(xù)傳輸率（內(nèi)部）突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸率也稱為外部傳輸率，或接口傳輸率，即微機(jī)系統(tǒng)總線與硬盤緩沖區(qū)之間的數(shù)據(jù)傳輸率，它與硬盤接口類型和硬盤緩沖區(qū)容量大小有關(guān),支持ATA-133(IDE)的硬盤傳輸率可達(dá)133MB/s，而SATA1.0接口的硬盤傳輸率可達(dá)150MB/s,SATA2.0傳輸率可達(dá)300MB/s。持續(xù)傳輸率也稱為內(nèi)部傳輸率，它反映硬盤緩沖區(qū)與硬盤磁頭之間交換數(shù)據(jù)的速度。內(nèi)部傳輸率依賴硬盤的主軸旋轉(zhuǎn)速度。在單碟容量相同時(shí)，轉(zhuǎn)速高的硬盤的內(nèi)部傳輸率高。目前家用級硬盤，內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸率基本還停留在70~90MB/s.內(nèi)部傳輸率可以明確表現(xiàn)出硬盤的讀寫速度，它的高低才是評價(jià)一個(gè)硬盤整體性能的決定性因素，它是衡量硬盤性能的真正標(biāo)準(zhǔn)。目前十三頁\總數(shù)四十六頁\編于十九點(diǎn)

高速緩沖區(qū)CACHERAM的速度要比硬盤快幾百倍，人們在硬盤中設(shè)計(jì)了一個(gè)專門的存儲器——一個(gè)速度很快的RAM，稱為高速緩沖存儲器。這樣，往硬盤上存儲數(shù)據(jù)時(shí)，只要把數(shù)據(jù)寫到CACHE中，直到磁盤空閑時(shí)才把高速緩存中的數(shù)據(jù)寫入硬盤，而CPU則不用管它；讀盤時(shí)，系統(tǒng)檢查數(shù)據(jù)是否在高速緩存中，如果有需要讀的數(shù)據(jù)，則被選中，就可以直接從CACHE中把它讀出來，而不用花大量的時(shí)間去等待硬盤讀出數(shù)據(jù)，從而提高了CPU工作效率。通常硬盤容量越大，緩沖區(qū)越大，因此即使是EIDE接口的硬盤，為了提高性能，至少也要擁有256KB的高速緩存。目前硬盤的高速緩沖在8MB-16MB。目前十四頁\總數(shù)四十六頁\編于十九點(diǎn)4-4硬盤驅(qū)動器的接口標(biāo)準(zhǔn)一般硬盤的接口有三類：IDE（AT或ATX）(并口)類SATA（串口）：SATA、SATAⅡ、SATAⅢSCSI（用于蘋果機(jī)、中高端服務(wù)器、高檔工作站）IDE接口SATA接口目前十五頁\總數(shù)四十六頁\編于十九點(diǎn)4-4-1ATA硬盤接口標(biāo)準(zhǔn)ATA接口標(biāo)準(zhǔn)是IDE硬盤的特定接口標(biāo)準(zhǔn)。ATA/IDE推出在1986年，作為一種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，沿用至今。1993年推出一個(gè)擴(kuò)展的ATA接口標(biāo)準(zhǔn)，即ATA-2。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)增加了快速的PIO模式和DMA模式；改進(jìn)了硬盤的自動識別功能，這對于即插即用（PnP）和與后續(xù)標(biāo)準(zhǔn)的兼容性都具有重要作用；支持LBA模式。后又推出ATA-3標(biāo)準(zhǔn)。目前十六頁\總數(shù)四十六頁\編于十九點(diǎn)PIO模式與DMA模式硬盤與主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的方式有兩種，一種是通過CPU執(zhí)行I/O端口指令來進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀寫的PIO模式；另一種是不經(jīng)過CPU的DMA方式。PIO（ProgrammingInput/Output）模式，這種模式使用PCI/O端口指令來傳送所有的命令、狀態(tài)和數(shù)據(jù)。這種指令只需一次取指令就可重復(fù)多次地完成I/O操作?？蛇_(dá)到高的數(shù)據(jù)傳輸率。DMA（DirectMemoryAccess）（指導(dǎo)內(nèi)存直接讀取），它表示數(shù)據(jù)不經(jīng)過CPU，而直接在硬盤和內(nèi)存之間傳送。目前十七頁\總數(shù)四十六頁\編于十九點(diǎn)4-4-2

SerialATA也就是串行ATA它與目前廣泛采用的ATA/100或ATA/133等接口最根本的不同在于，以前硬盤所有的ATA接口類型都是采用并行方式進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，因而統(tǒng)稱并行ATA。而SerialATA，顧名思義，也就是采用串行方式（SerialATA采用“序列式”的結(jié)構(gòu)，把若干位（bit）數(shù)據(jù)打包，然后采用比并行式更高的速度（高50%），把數(shù)據(jù)分組形式傳輸至主機(jī)的方式）

進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。目前十八頁\總數(shù)四十六頁\編于十九點(diǎn)Intel公司865芯片組以后都支持。

AMD公司K8T800芯片組以后都支持。

nVIDIA公司nForce3芯片組以后都支持。目前十九頁\總數(shù)四十六頁\編于十九點(diǎn)4-4-3SCSI接口硬盤SCSI即是小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口（SmallComputerSystemInterface），是同IDE（ATA）完全不同的接口，SCSI并不是專門為硬盤設(shè)計(jì)的接口，而是一種廣泛應(yīng)用于小型機(jī)上的高速數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。SCSI接口具有應(yīng)用范圍廣、多任務(wù)、帶寬大、CPU占用率低，以及熱插拔等優(yōu)點(diǎn)，但較高的價(jià)格使得它很難如IDE硬盤般普及，因此SCSI硬盤主要應(yīng)用于中、高端服務(wù)器和高檔工作站中。目前二十頁\總數(shù)四十六頁\編于十九點(diǎn)SCSI接口是一個(gè)通用接口，在SCSI母線上可以連接主機(jī)適配器和八個(gè)SCSI外設(shè)控制器，外設(shè)可以包括磁盤、磁帶、CD-ROM、可擦寫光盤驅(qū)動器、打印機(jī)、掃描儀和通訊設(shè)備等。SCSI還是一種多任務(wù)接口，設(shè)有母線仲裁功能。掛在一個(gè)SCSI母線上的多個(gè)外設(shè)可以同時(shí)工作。目前二十一頁\總數(shù)四十六頁\編于十九點(diǎn)SCSI接口可以同步或異步傳輸數(shù)據(jù)，同步傳輸速率可以達(dá)到10MB/s，異步傳輸速率可以達(dá)到1.5MB/s。SCSI的版本有：

SCSI-1、

SCSI-2

SCSI-3SCSI設(shè)備還具有智能化，SCSI卡自己可對CPU指令進(jìn)行排隊(duì)，這樣就提高了工作效率。

目前二十二頁\總數(shù)四十六頁\編于十九點(diǎn)目前二十三頁\總數(shù)四十六頁\編于十九點(diǎn)使用SCSI硬盤時(shí)需要在主板上擴(kuò)充專門的SCSI接口卡，并安裝專門的驅(qū)動程序，每個(gè)SCSI卡可同時(shí)連接7個(gè)外設(shè)。SCSI硬盤和IDE硬盤可以一起使用，但在啟動時(shí)首先啟動主板的BIOS，然后才會引導(dǎo)SCSI控制卡的BIOS，所以，IDE硬盤有較高的優(yōu)先權(quán)作為啟動盤。目前二十四頁\總數(shù)四十六頁\編于十九點(diǎn)4-4-4RAID標(biāo)準(zhǔn)什么是RAIDRAID是RedundantArrayofIndependentDisk的縮寫，翻譯成中文意思是“獨(dú)立磁盤冗余陣列”，意為獨(dú)立冗余磁盤陣列，是磁盤陣列在技術(shù)上實(shí)現(xiàn)的理論標(biāo)準(zhǔn)，其目的在于減少錯(cuò)誤、提高存儲系統(tǒng)的性能與可靠度。常用的等級有1、3、5級等。

目前二十五頁\總數(shù)四十六頁\編于十九點(diǎn)簡單的說，RAID是一種把多塊獨(dú)立的硬盤（物理硬盤）按不同的方式組合起來形成一個(gè)硬盤組（邏輯硬盤），從而提供比單個(gè)硬盤更高的存儲性能和提供數(shù)據(jù)備份技術(shù)。組成磁盤陣列的不同方式成為RAID級別（RAIDLevels）。數(shù)據(jù)備份的功能是在用戶數(shù)據(jù)一旦發(fā)生損壞后，利用備份信息可以使損壞數(shù)據(jù)得以恢復(fù)，從而保障了用戶數(shù)據(jù)的安全性。在用戶看起來，組成的磁盤組就像是一個(gè)硬盤，用戶可以對它進(jìn)行分區(qū)，格式化等等。目前二十六頁\總數(shù)四十六頁\編于十九點(diǎn)總之，對磁盤陣列的操作與單個(gè)硬盤一模一樣。不同的是，磁盤陣列的存儲速度要比單個(gè)硬盤高很多，而且可以提供自動數(shù)據(jù)備份。

最常用到的是RAID0、RAID1和RAID

0+1。RAID0指加速、RAID1指備份、RAID

0+1既能備份又能加速。不過，備份功能需兩塊硬盤，所以，RAID0功能是最廉價(jià)的。

目前二十七頁\總數(shù)四十六頁\編于十九點(diǎn)RAID

0：將多個(gè)較小的磁盤合并成一個(gè)大的磁盤，不具有冗余，并行I/O，速度最快。RAID

0亦稱為帶區(qū)集。它是將多個(gè)

磁盤并列起來，成為一個(gè)大硬盤。在存放數(shù)據(jù)時(shí)，其將數(shù)據(jù)按磁盤的個(gè)數(shù)來進(jìn)行分段，然后同時(shí)將這些數(shù)據(jù)寫進(jìn)這些盤中。

所以，在所有的級別中，RAID

0的速度是最快的。但是RAID

0沒有冗余功能的，如果一個(gè)磁盤（物理）損壞，則所有的數(shù)

據(jù)都無法使用。

目前二十八頁\總數(shù)四十六頁\編于十九點(diǎn)RAID

1：兩組相同的磁盤系統(tǒng)互作鏡像，速度沒有提高，但是允許單個(gè)磁盤錯(cuò)，可靠性最高。RAID

1就是鏡像。其原理為

在主硬盤上存放數(shù)據(jù)的同時(shí)也在鏡像硬盤上寫一樣的數(shù)據(jù)。當(dāng)主硬盤（物理）損壞時(shí)，鏡像硬盤則代替主硬盤的工作。因

為有鏡像硬盤做數(shù)據(jù)備份，所以RAID

1的數(shù)據(jù)安全性在所有的RAID級別上來說是最好的。但是其磁盤的利用率卻只有50%，

是所有RAID上磁盤利用率最低的一個(gè)級別。

目前二十九頁\總數(shù)四十六頁\編于十九點(diǎn)RAID

3:存放數(shù)據(jù)的原理和RAID0、RAID1不同。RAID

3是以一個(gè)硬盤來存放數(shù)據(jù)的奇偶校驗(yàn)位，數(shù)據(jù)則分段存儲于其余硬盤

中。它象RAID

0一樣以并行的方式來存放數(shù)，但速度沒有RAID

0快。如果數(shù)據(jù)盤（物理）損壞，只要將壞硬盤換掉，RAID

控制系統(tǒng)則會根據(jù)校驗(yàn)盤的數(shù)據(jù)校驗(yàn)位在新盤中重建壞盤上的數(shù)據(jù)。不過，如果校驗(yàn)盤（物理）損壞的話，則全部數(shù)據(jù)都

無法使用。利用單獨(dú)的校驗(yàn)盤來保護(hù)數(shù)據(jù)雖然沒有鏡像的安全性高，但是硬盤利用率得到了很大的提高，為n-1。

目前三十頁\總數(shù)四十六頁\編于十九點(diǎn)RAID

5：向陣列中的磁盤寫數(shù)據(jù)，奇偶校驗(yàn)數(shù)據(jù)存放在陣列中的各個(gè)盤上，允許單個(gè)磁盤出錯(cuò)。RAID

5也是以數(shù)據(jù)的校驗(yàn)

位來保證數(shù)據(jù)的安全，但它不是以單獨(dú)硬盤來存放數(shù)據(jù)的校驗(yàn)位，而是將數(shù)據(jù)段的校驗(yàn)位交互存放于各個(gè)硬盤上。這樣，任何一個(gè)硬盤損壞，都可以根據(jù)其它硬盤上的校驗(yàn)位來重建損壞的數(shù)據(jù)。硬盤的利用率為n-1。

目前三十一頁\總數(shù)四十六頁\編于十九點(diǎn)下圖是磁盤陣列卡，插入主板PCI槽目前三十二頁\總數(shù)四十六頁\編于十九點(diǎn)4-4-5SSD固態(tài)硬盤

固態(tài)硬盤（SolidStateDisk）是用固態(tài)電子存儲芯片陣列而制成的硬盤，由控制單元和存儲單元（FLASH芯片、DRAM芯片）組成。固態(tài)硬盤在接口的規(guī)范和定義、功能及使用方法上與普通硬盤的完全相同，在產(chǎn)品外形和尺寸上也完全與普通硬盤一致。被廣泛應(yīng)用于軍事、車載、工控、視頻監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)終端、電力、醫(yī)療、航空、導(dǎo)航設(shè)備等領(lǐng)域。(下頁圖為大固態(tài)硬盤主控芯片品牌、型號、產(chǎn)品)目前三十三頁\總數(shù)四十六頁\編于十九點(diǎn)目前三十四頁\總數(shù)四十六頁\編于十九點(diǎn)SSD固態(tài)硬盤的優(yōu)點(diǎn)有：讀寫速度快、防震抗

摔性、低功耗、無噪音、工作溫度范圍大、輕便

缺點(diǎn)是：（1）與相同價(jià)位的硬盤相比，存儲容量相差大（2）固態(tài)硬盤閃存具有擦寫次數(shù)限制，導(dǎo)致使用壽命短（3）售價(jià)稍高（市場上的64GB固態(tài)硬盤產(chǎn)品的價(jià)格大約在在400人民幣左右，而128GB的產(chǎn)品價(jià)格大約在800人民幣）目前三十五頁\總數(shù)四十六頁\編于十九點(diǎn)4-5硬盤驅(qū)動器的安裝與使用及注意事項(xiàng)

4-5-1硬盤驅(qū)動器的安裝1、IDE硬盤的主、從盤跳線安裝硬盤時(shí)，首先要注意正確識別硬盤的主從跳線，在每一臺IDE設(shè)備上都有設(shè)置主（Master）、從（Slave）方式的跳線，用來區(qū)別一條線上的兩個(gè)設(shè)備。在安裝時(shí)，注意使用細(xì)紋螺釘。連接電源線和數(shù)據(jù)電纜，IDE、EIDE接口的硬盤為40芯的扁平電纜，SCSI接口的硬盤為50芯的扁平電纜。目前三十六頁\總數(shù)四十六頁\編于十九點(diǎn)一般來說，硬盤出廠時(shí)默認(rèn)的設(shè)置是作為主盤，當(dāng)只安裝一個(gè)硬盤時(shí)是不需要改動的；但當(dāng)安裝多個(gè)硬盤時(shí)，就需要對硬盤跳線重新設(shè)置了。硬盤上的跳線比較簡單，其跳線位置多在硬盤后面數(shù)據(jù)線接口和電源線接口之間。目前三十七頁\總數(shù)四十六頁\編于十九點(diǎn)跳線數(shù)據(jù)線接口電源接口目前三十八頁\總數(shù)四十六頁\編于十九點(diǎn)跳線目前三十九頁\總數(shù)四十六頁\編于十九點(diǎn)如果