第7章外部存储器

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1、第七章外部存储器硬盘移动存储器光盘储存系统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

2、”写“0”7.1.1硬盘的发展1956年，IBM发明世界上第一台硬盘（IBM350RAMAC）,它相当于两个冰箱的体积7.1.1硬盘的发展1973年，IBM又发明了Winchester(温氏)硬盘（IMB3340）。其核心是：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。7.1硬盘系统体积：3.5英寸/半高(用于台式PC)2.5英寸(用于笔记本PC)1.8英寸微型(用于数码产品)容量：10～40MB(8086/286)→100～500MB(386/486)→1

3、～6TB(目前)连续传输速率：100KB/s→600MB/s平均寻道时间：12ms→5ms转速：4200转/s→15000转/s7.1.1硬磁盘的结构与工作原理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。硬磁盘的组成1)盘体MediaMedia的基板是金属、玻璃或陶瓷材质制成，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

4、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Class100的CleanRoom才能拆解的原因。硬磁盘的组成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。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

5、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：硬盘主控制芯片：负责数据交换和数据处理。缓存芯片：负责给数据提供暂存空间，提高硬盘的读写效率。硬盘驱动芯片：负责硬盘的马达以及主轴马达的转动。最常见的数据传输接口有PATA（IDE）、SATA、SCSI、SAS、光纤五种，前两种接口方式主要应用在个人PC上，后三种则主要使用在服务器领域。硬盘的数据传输接口7.1硬盘——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

6、推。磁头(Head)：每个磁面有一个磁头进行读写，因此0磁面也称为0磁头。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2.磁道、扇区和柱面2.磁道、扇区和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C、扇区号S、磁头号H。硬盘容量=柱面数×磁头数×扇区数×512字节逻辑区块位址(LogicalBlockAddress,LBA)是描述电

7、脑储存设备上资料所在扇区的通用机制。LBA是非常单纯的一种寻址模式﹔从0开始编号来定位扇区，第一扇区LBA=0，第二扇区LBA=1，依此类推。这种寻址模式取代了原先操作系统必须面对储存设备硬件构造的方式。在访问硬盘时，由硬盘控制器再将这种逻辑地址转换为实际硬盘的物理地址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。7.1.2硬磁盘的性能指标1.容量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。通过两种手段增加硬盘容

8、量：一个是增加存储碟片的数量；另一个办法就是增加单碟容量。位密度：磁道单位长度上所存储二进的个数道密度：半径方向单位长度上的磁道个数面密度：=位密度*道密度（Mb/平方英寸或Gbit/平方英寸）7.1.2硬磁盘的性能指标2.最大内部数