計算機原理第8章PPT課件

單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,*,Chapter 8,外圍設備,外圍設備可分為五類每一種外設，都是在它自己的設備控制器控制下進行工作設備控制器則通過適配器和主機連接，并受主機控制8.1外部存儲器,硬盤,光盤存儲系統(tǒng),移動存儲器,一、硬盤,1、硬盤的基本知識,2、硬盤的分類,3、硬盤的接口,4、硬盤的性能指標,1、硬盤的基本知識,（1）硬盤的發(fā)展,1956年，IBM發(fā)明世界上第一臺硬盤（IBM350），1973年，又發(fā)明了Winchester(溫氏)硬盤（IMB3340）其核心就是：磁盤片被密封、固定并且不停高速旋轉，磁頭懸浮于盤片上方沿磁盤徑向移動，并且不和盤片接觸（,與盤片之間的間隙只有0.10.3um,）后來的硬盤基本都沿用了這一結構硬盤的基本知識,硬盤的發(fā)展,體積：5.25英寸/全高 3.5英寸/半高(用于臺式PC),2.5英寸(用于筆記本PC),容量：1040MB(8086/286)100500MB(386/486),1800GB(目前),連續(xù)傳輸速率：100KB/s 60MB/s,平均尋道時間：80ms 5ms,轉速：3600轉/s 10000轉/s,“磁頭移動+盤片旋轉”的機械結構注定了硬盤是當今計算機系統(tǒng)性能的最大瓶徑,硬盤的基本知識,（2）,硬盤的組成,硬盤內(nèi)部包括浮動磁頭組件、磁頭驅動機構、盤體及主軸驅動機構、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),安裝孔,磁頭傳動,機構,磁頭臂,磁盤盤片,底座,讀寫磁頭,硬盤的基本知識,硬盤的組成,硬盤電路部分有主控芯片、緩存芯片和馬達控制芯片等，其中緩存（,buffer),芯片用于協(xié)調硬盤與主機在數(shù)據(jù)處理速度上的差異盤片與緩沖區(qū)進行數(shù)據(jù)交換，緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)通過硬盤接口與外界進行數(shù)據(jù)交換硬盤的基本知識,（3）,磁道、扇區(qū)和柱面,一個盤面上劃分為許多個磁道，每個磁道分為多個扇區(qū)，每個扇區(qū)512字節(jié)各盤面上相同半徑的磁道組成一個柱面硬盤的讀寫順序為柱面、同一柱面內(nèi)的磁道、同一磁道內(nèi)的扇區(qū),硬盤的基本知識,磁道、扇區(qū)和柱面,簇的概念,硬盤的基本知識,標準記錄：分區(qū)記錄：,位密度外低內(nèi)高;位密度相等;,浪費存儲能力；充分利用存儲能力；,數(shù)據(jù)傳輸速率相等數(shù)據(jù)傳輸速率外高內(nèi)低扇,區(qū),扇,區(qū),（4）分區(qū)記錄,內(nèi)部記錄格式,每一扇區(qū)除存放512字節(jié)的用戶數(shù)據(jù)外，還存放著用于同步、數(shù)據(jù)定位、數(shù)據(jù)校驗等作用的輔助數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)一般只作用于硬盤內(nèi)部硬盤的基本知識,硬盤的基本知識,（5）分區(qū)和格式化,硬盤使用前須低級格式化、分區(qū)和高級格式化三個步驟低級格式化,目前硬盤一般在出廠之前都做過低級格式化，自己不要做低級格式化。

低級格式化和操作系統(tǒng)無關低級格式化的主要功能是：測試硬盤介質，對已損壞的磁道和扇區(qū)做,“,壞,”,標記；清空扇區(qū)內(nèi)容并寫入系統(tǒng)的一些輔助數(shù)據(jù)將硬盤分成多個分區(qū)，每個分區(qū)可支持不同的操作系統(tǒng)DOS分區(qū)可分為一個主分區(qū)和一個擴展分區(qū)，擴展分區(qū)又可分成多個邏輯分區(qū)，每個邏輯分區(qū)對應一個邏輯磁盤,有專門的分區(qū)軟件，目前多數(shù)操作系統(tǒng)安裝時也有分區(qū)功能高級,格式化,將全部扇區(qū)分成引導區(qū)、文件分配表(FAT)、文件根目錄表和數(shù)據(jù)區(qū)四個區(qū)域操作系統(tǒng)中一般帶有高級格式化功能硬盤的基本知識,（6）磁記錄方式,磁記錄方式是一種編碼方法，將數(shù)字信息轉換成磁化單元,歸零制（RZ）：Return to Zero,正脈沖電流表示“1”，負脈沖電流表示“0”；,不論記錄“0”或“1”，在記錄下一信息前，記錄電流恢復到零電流,不歸零制（NRZ）：NonReturn to Zero Change,磁頭線圈始終有電流,對連續(xù)記錄的“1”和“0”，寫電流的方向是不改變的不歸零制（NRZ1）NonReturn to Zero Change On One,磁頭線圈始終有電流通過在記錄“1”時，電流改變方向，寫“0”電流保持不變調相制（PM）：又稱相位編碼（PE）Phase Mudulation,記錄數(shù)據(jù)“0”時，規(guī)定磁化翻轉的方向由負變?yōu)檎?，記錄?shù)據(jù)“1”時從正變?yōu)樨?“0”，“1”的讀出信號相位不同，抗干擾能力強（磁帶多用此）。

硬盤的基本知識,調頻制（FM）Frequency Modulation,記錄“1”時，不僅在位周期的中心產(chǎn)生磁化翻轉，而且在位與位之間的邊界處要翻轉一次記錄“0”時，位周期中心不產(chǎn)生磁化翻轉，但位與位之間的邊界處要翻轉一次改進調頻制（MFM）Modified Frequency Modulation,記錄數(shù)據(jù)“1”時在位周期中心磁化翻轉一次，記錄數(shù)據(jù)“0”時不翻轉連續(xù)兩個或兩個以上“0”時，在位周期的起始位置翻轉一次，而不是在每個位周期的起始處都翻轉硬盤的基本知識,磁記錄方式波形圖,位周期,T,1,1,1,1,1,0,0,0,MFM,FM,PM,NRZ1,NRZ,RZ,數(shù)字序列,2、硬盤的分類,（1）按接口類型分類：,有IDE、SCSI、SATA、USB、IEEE 1394等,IDE硬盤：目前市場主流為ATA 100和ATA 133，其數(shù)據(jù)傳輸率(接口數(shù)據(jù)傳輸率)達100MB/s和133MB/s,SCSI硬盤主要應用于中、高端服務器和高檔工作站,SATA硬盤：采用串行方式，具備更強的數(shù)據(jù)糾錯能力和更高的數(shù)據(jù)傳輸可靠性，且接口簡單、支持熱插拔,STAT 1.0數(shù)據(jù)傳輸率達150MB/s，STAT 2.0數(shù)據(jù)傳輸率達300MB/s，STAT 3.0數(shù)據(jù)傳輸率達到600MB/s,目前市場主流為STAT 1.0、STAT 2.0,（2）按硬盤尺寸分類,主要有3.5英寸、2.5英寸、1.8英寸和0.85寸盤,3.5英寸大多用于臺式機,2.5英寸用于筆記本電腦，抗震性能好,（1）硬盤的接口,最常見的數(shù)據(jù)傳輸接口有PATA（IDE）、SATA、SCSI三種，前兩種接口方式主要應用在個人PC上，而SCSI接口則主要使用在服務器領域。

3、硬盤的連接,（2）硬盤的連線,IDE電源連線,硬盤的連接,主板上的IDE插座,SATA插座,4、硬盤的性能指標,（,1）、容量,容量是硬盤重要的指標,其中,單碟容量,是硬盤相當重要的參數(shù)之一，一般單碟容量越大，磁頭在相同的時間內(nèi)可以讀取到更多的信息，意味著讀取速度更快硬盤廠商在增加硬盤容量時，可以通過兩種手段：一個是增加存儲碟片的數(shù)量，但受到硬盤整體體積和生產(chǎn)成本的限制，碟片數(shù)量都受到限制，一般都在5片以內(nèi)；而另一個辦法就是增加單碟容量位密度：磁道單位長度上所存儲二進的個數(shù)（bPI）道密度：半徑方向單位長度上的磁道個數(shù)（TPI）面密度=位密度道密度（Mb/平方英寸或Gbit/平方英寸）,硬盤的性能指標,（,2）數(shù)據(jù)傳輸率,分外部和內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸率,外部數(shù)據(jù)傳輸率：即緩存與主機間的數(shù)據(jù)傳輸速率，它的上限就是硬盤接口的速率,內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸率：指磁頭至硬盤緩存間的數(shù)據(jù)傳輸率，一般取決于硬盤的盤片轉速和盤片線密度(指同一磁道上的數(shù)據(jù)容量)，所以有最大和最小之分有時廠商還將磁道上的非用戶數(shù)據(jù)（前面提到的輔助數(shù)據(jù)）計算在內(nèi)注意，在這項指標中常常使用Mb/s或Mbps為單位，這是兆位/秒的意思，如果需要轉換成MB/s(兆字節(jié)/秒)，就必須將Mbps數(shù)據(jù)除以8(一字節(jié)8位數(shù))。

例如，某硬盤給出的最大內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸率為683Mbps，如果按MB/s計算就只有85.37MB/s左右）,硬盤的性能指標,（,3）主軸轉速,硬盤的主軸轉速是決定硬盤內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸率的決定因素之一，它在很大程度上決定了硬盤的速度，同時也是區(qū)別硬盤檔次的重要標志目前硬盤的有速度有5400、5600、6400、7200、10000、甚至15000轉/分鐘,目前PC上使用主要為5400rpm和7200rpm4)尋道時間、等待時間、訪問時間,平均尋道時間：是指從發(fā)出一個尋址命令，到磁頭移動到地址對應的磁道時所需的平均時間，平均尋道時間越小越好，現(xiàn)在硬盤的平均尋道時間一般在10ms以下平均等待時間：也稱平均潛伏期，指磁頭移動到數(shù)據(jù)所在的磁道后，所需扇區(qū)旋轉到磁頭下方所需的平均時間一般取盤片旋轉一周所需時間的二分之一平均訪問時間：近似等于平均尋道時間和平均等待時間之和硬盤的性能指標,(,5)高速緩存,為了提高主機訪問硬盤的速度和效率，在硬盤和主機之間設置了緩存(Buffer)目前硬盤的高速緩存一般為2MB8MB，SCSI硬盤的更大緩存越大，則硬盤的綜合速度越快購買時最好選用緩存為8M以上的硬盤）例】磁盤組有6片磁盤，每片有兩個記錄面，最上最下兩個面不用。

存儲區(qū)域內(nèi)徑22cm，外徑33cm，道密度為40道/cm，內(nèi)層位密度400位/cm，轉速2400轉/分問：(1)共有多少柱面?,(2)盤組總存儲容量是多少?,(3)數(shù)據(jù)傳輸率多少?,(4)采用定長數(shù)據(jù)塊記錄格式，直接尋址的最小單位是什么?尋址命令中如何表示磁盤地址?,(5)如果某文件長度超過一個磁道的容量，應將它記錄在同一個存儲面上，還是記錄在同一個柱面上?,硬盤的性能指標,(1)有效存儲區(qū)域=16.5-11=5.5(cm),因為道密度=40道/cm，所以405.5=220道，即220個圓柱面,(2)內(nèi)層磁道周長為2R=23.1411=69.08(cm),每道信息量=400位/cm69.08cm=27632位=3454B,每面信息量=3454B220=759880B,盤組總容量=759880B10=7598800B,(3)磁盤數(shù)據(jù)傳輸率Dr=rN,N為每條磁道容量，N=3454B,r為磁盤轉速，,r=2400轉/60秒=40轉/秒,Dr=rN=403454B=13816B/s,(4)采用定長數(shù)據(jù)塊格式，直接尋址的最小單位是一個記錄塊(一個扇區(qū))，每個記錄塊記錄固定字節(jié)數(shù)目的信息，在定長記錄的數(shù)據(jù)塊中，活動頭磁盤組的編址方式可用如下格式：,此地址格式表示有4臺磁盤（2位），每臺有16個記錄面/盤面（4位），每面有256個磁道（8位），每道有16個扇區(qū)（4位）。

5)如果某文件長度超過一個磁道的容量，應將它記錄在同一個柱面上，因為不需要重新找道，數(shù)據(jù)讀/寫速度快磁盤陣列RAID,RAID稱廉價冗余磁盤陣列，它是用多臺磁盤存儲器組成的大容量外存系統(tǒng)其構造基礎是利用數(shù)據(jù)分塊技術和并行處理技術，在多個磁盤上交錯存放數(shù)據(jù)，使之可以并行存取在RAID控制器的組織管理下，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行存儲、交叉存儲、單獨存儲由于陣列中的一部分磁盤存有冗余信息，一旦系統(tǒng)中某一磁盤失效，可以利用冗余信息重建用戶信息RAID是1988年由美國加州大學伯克利分校一個研究小組提出的，它的設計理念是用多個小容量磁盤代替一個大容量磁盤，并用分布數(shù)據(jù)的方法能夠同時從多個磁盤中存取數(shù)據(jù)，因而改善了I/O性能，增加了存儲容量，現(xiàn)已在超級或大型計算機中使用工業(yè)上制定了一個稱為RAID的標準，它分為7級(RAID 0RAID 6)這些級別不是表示層次關系，而是指出了不同存儲容量、可靠性、數(shù)據(jù)傳輸能力、I/O請求速率等方面的應用需求磁盤陣列RAID,磁盤陣列RAID數(shù)據(jù)映射,二、光驅與光盤,光盤存儲器具有容量大、存儲密度高、成本低、非易失、易保存、可靠性高、壽命長的特點光盤的容量從最初的700MB的CD、4.7GB的DVD、8.5GB的雙層DVD，已經(jīng)發(fā)展到新一代的藍光DVD技術(采用藍色激光波段進行工作)，存儲容量已提高到數(shù)十GB。

1、CD-ROM,2、DVD,3、光驅和光盤的種類,4、光驅的主要性能指標,5、幾款光驅介紹,1、CD-ROM,CDROM（Compact Disk Read Only Memory），只讀式緊湊光盤出現(xiàn)于1983年，1988年成為國際標準CD-ROM盤片是用塑料壓制成的圓盤，盤片的最上層是涂了漆的保護層，該層上印有商標第二層是鋁反射層，當驅動器讀光盤時用來反射激光光束第三層是用聚碳酸脂壓制的透明襯底信息是以沿著盤面由內(nèi)向外螺旋形軌道(光道)的一系列。