北京交通大学：《计算机硬件技术基础》第七章 外部存储器

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第七章 外部存储器 • 硬盘 • 软盘系统 •大容量可更换磁盘 • 光盘储存系统 • Flash电子盘

外部存储器概述 计算机存储器系统 reg、 cache、 计算机硬件技术基 软磁盘 计算机存储系统 内存 磁存[磁1硬磁 储器L磁带(度他磁盘存储器 1[光[cDVD[CDR 储器 DVDDVD-R.. 半导ash电子盘 存储器 础外存的特点: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。 第2页

第 2 页 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 CD DVD DVD-R …. VCD CD-R …. 半导体 存储器 Flash电子盘 外部存储器概述

磁盘系统 磁性材料的记忆原理 磁性存储原理: B,磁感应强度 磁盘存储信息是利用具 第有矩形磁滞回先的磁性材料 作用下,其磁感应强度B与 H,磁场 、外加磁场H的关系,可用矩 体形磁滞回线来描述 技术基 电感写单元 护罩2 ,电流 纵向记录 写“1” 记录介质写“0 t,时间 第3页

第 3 页 计 算 机 硬 件 技 术 基 础 磁盘系统 ——磁性材料的记忆原理 磁性存储原理： 磁盘存储信息是利用具 有矩形磁滞回线的磁性材料， 这种磁性材料在外加磁场的 作用下，其磁感应强度B与 外加磁场H的关系，可用矩 形磁滞回线来描述。 H，磁场 B，磁感应强度 I，电流 t，时间 写“1” 写“0

7.1硬盘系统 7.1.1硬盘的发展 1956年,lBM发明世界上第一台硬盘(BM350),1973 和年,又发明了 Winchester(温氏硬盘MB334080年代硬 盘随微机的普及而广泛使用。 硬体积:525英寸高→35英半高(用于台式PC) 25/18英寸(用于笔记本PC) 技 0.85/1英寸微型(用于数码产品 基 础 3.5英寸硬盘 1.8英寸硬盘085英寸硬盘 第4页

第 4 页 计 算 机 硬 件 技 术 基 础 7.1 硬盘系统 7.1.1 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)。80年代硬 盘随微机的普及而广泛使用。 体积： 5.25英寸/全高 → 3.5英寸/半高(用于台式PC) 2.5/1.8英寸(用于笔记本PC) 0.85/1英寸微型(用于数码产品) 3.5英寸硬盘 1.8英寸硬盘 0.85英寸硬盘

7.1硬盘系统 技术指标 容量:10~40MB(8086/286)→1-500GB(目前) 计接口类型:日前一般为ATA和新型的SATA,可靠性较高 算的sCs,微理硬采用CF接口 。发传输速率,和接口类型有关:如ATA100为10MBs SATA为150MB/s )平均寻道时间:计算机在发出一个寻址命令,到相应目 标数据被找到所需时间,目前使用的硬盘为5ms左右 技转速:3600转5→10000转s 目前使用的硬盘多为5400、7200转/s 基缓冲存储器容量:52k1M82 最大内部数据传输速率:磁头至硬盘缓存间的最大数据 传输率,取决于硬盘的盘片转速和盘片数据线密度, 般低于突发传输速率 第5页

第 5 页 计 算 机 硬 件 技 术 基 础 容量：10~40MB(8086/286) → 1~500GB(目前) 接口类型：目前一般为ATA和新型的SATA，可靠性较高 的SCSI，微型硬盘采用CF接口。 突发传输速率，和接口类型有关：如ATA-100为100MB/s， SATA为150MB/s， 平均寻道时间：计算机在发出一个寻址命令，到相应目 标数据被找到所需时间，目前使用的硬盘为5ms左右。 转速：3600转/s → 10000转/s 目前使用的硬盘多为5400、7200转/s 缓冲存储器容量：512KB~8MB。 最大内部数据传输速率：磁头至硬盘缓存间的最大数据 传输率，取决于硬盘的盘片转速和盘片数据线密度 ，一 般低于突发传输速率。 7.1 硬盘系统 ——技术指标

7.1硬盘系统 硬盘结构 7.1.2硬盘的结构 计1.内部结构 头臂 磁头传动机构 磁盘盘片 算硬盘内部包括浮动磁头 组件、磁头驱动机构、盘 底座 体及主轴驱动机构、前置 )读写控制电路和接口电路 件等。封装在硬盘的净化腔 安装孔 读写磁头 技体内 基 础 1英寸CF接口微型硬盘 6页

第 6 页 计算机硬件技术基础 7.1 硬盘系统 ——硬盘结构 7.1.2 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 。 1英寸CF接口微型硬盘

7.1硬盘系统 关于磁道、扇区和柱面 外圈磁道 单 计算机 内圈 磁道 2.磁道、扇区和柱面 碑)盘体:盘体由多个同轴盘片组成,每个盘片都是双面存储, 件第一个盘片的第一面为0磁面,下一个为1磁面;第二个盘 技片的第一面为2磁面,以此类推 不道(Tack):磁面上均匀分布的同心圆存储轨迹。最外层 为0磁道。 基扇区 Sector):磁道上等弧度划分的扇段。一般一个扇区 础的存储容量为512字节。 柱面( Cylinder):各个盘面上同一编号磁道的组合 第7页

第 7 页 计 算 机 硬 件 技 术 基 础 7.1 硬盘系统 ——关于磁道、扇区和柱面 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

7.1硬盘系统 2磁道 1磁道 0磁道 计算机硬件技术基础 0扇区 1扇区 0柱面 3扇区 2扇区 1柱面 硬盘上的一个物理记录块要用三个参数来定位:柱面号、 基扇区号、磁头号 标准记录格式 硬盘容量=柱面数×磁头数×扇区数×512字节 第8页

第 8 页 计 算 机 硬 件 技 术 基 础 0扇区 1扇区 3扇区 2扇区 0磁道 0柱面 1磁道 2磁道 1柱面 7.1 硬盘系统 硬盘上的一个物理记录块要用三个参数来定位：柱面号、 扇区号、磁头号。 标准记录格式 硬盘容量=柱面数×磁头数×扇区数×512字节

7.1硬盘系统 数据 计算机硬件技术基础 扇区标志 扇区间隙 位密度:磁道单位长度上所存储二进的个数(bP)。 道密度:半径方向单位长度上的磁道个数(TP|)。 面密度=位密度*道密度 目前硬盘盘片的单片容量最大为167GB 第9页

第 9 页 计 算 机 硬 件 技 术 基 础 数据 扇区标志 扇区间隙 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 目前硬盘盘片的单片容量最大为167GB。 7.1 硬盘系统

7.1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 箕于同步数据定位,款据校验等作用的铺助教据,这些 1.1.3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。 技1,低级格式化(DOs中使用 dLFORMAT等软件) 术一般硬盘在出厂之前都做过低级格式化 基低级格式化的作用:创建磁道和扇区,写入每个扇区 础的头、尾信息 低级格式化和操作系统无关 第10页

第 10 页 计 算 机 硬 件 技 术 基 础 7.1 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。具体内容见书上表7-1。 7.1.3 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) 一般硬盘在出厂之前都做过低级格式化。 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