第4章計算機硬件及網(wǎng)絡

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1、,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二層,第三層,第四層,第五層,*,第,4,章 外部存儲器,本章要點,4.1,磁盤存儲器,4.2,磁帶,4.3,光盤,4.4,移動式存儲器,4.5,硬盤性能測試程序,習題,本章邏輯結(jié)構(gòu),4.1,磁盤存儲器,4.1.1 磁盤存儲原理,4.1.2 軟盤驅(qū)動器,4.1.3 硬盤驅(qū)動器,4.2,磁帶,4.2.1 磁帶存儲器概述,4.2.2 磁帶機的工作原理和結(jié)構(gòu),4.2.3 磁帶的應用領(lǐng)域,本章邏輯結(jié)構(gòu),4.3,光盤,4.3.1 光盤概述,4.3.2 CD-ROM和可寫入CD-ROM,4.3.3 DVD與可寫入DVD,4.3.4 藍光光盤（Blu-

2、ray Disc）,3.4,移動式存儲器,4.4.1 U盤,4.4.2 可移動硬盤,4.4.3 盒式磁帶備份機,4.5,硬盤性能測試程序,習題,4.1,磁盤存儲器,4.1.1,磁盤存儲原理,1.,電磁原理,磁記錄的基本原理電磁感應，磁頭由繞有線圈的,U,型片狀導體構(gòu)成，相當于一個電磁鐵，線圈通電后會產(chǎn)生相應極性的磁場，磁場方向隨電流方向的變化而快速變化，磁場會影響到盤面的磁記錄物質(zhì)。磁盤讀寫操作是一個電磁信息的轉(zhuǎn)換過程。數(shù)字信息以電流的形式輸入到寫磁頭線圈中并轉(zhuǎn)換成磁場去磁化記錄介質(zhì)，從而將數(shù)字信息以磁化狀態(tài)記錄在介質(zhì)上，這樣就完成了寫入操作過程。反之，磁頭將磁化狀態(tài)轉(zhuǎn)換成電信號并轉(zhuǎn)換為數(shù)字信

3、息輸出就完成了讀出操作過程。,1,記錄介質(zhì),2,磁頭,4.1,磁盤存儲器,2.,在磁盤上讀寫文件,磁表面存儲器的讀寫是通過磁頭與記錄介質(zhì)之間相對運動進行的，一般都采用磁頭固定，記錄介質(zhì)做高速運動。,1,寫入過程,2,讀出過程,3,磁表面存儲器的技術(shù)指標,存儲密度,存儲容量,平均存取時間,數(shù)據(jù)傳輸率,誤碼率,4.1,磁盤存儲器,4.1.2,軟盤驅(qū)動器,1,軟盤存儲器概述,軟盤存儲器是個人計算機（,PC,）中最早使用的可移介質(zhì)，它的讀寫是通過軟盤驅(qū)動器完成的。軟盤存取速度慢，容量也小，但可裝可卸、攜帶方便。軟盤現(xiàn)在已經(jīng)不作為主要的存儲媒體，但在絕大多數(shù)系統(tǒng)中還有使用價值，尤其是在故障處理時。當要在

4、新的硬盤上安裝或建立一個系統(tǒng)時，我們可以用軟盤來載入分區(qū)和格式化硬盤的軟件。,現(xiàn)在使用的軟盤大都是,3.5,英寸、,1.44MB,的。在一些早期的,PC,系統(tǒng)上還曾經(jīng)廣泛使用過,5.25,英寸、,1.2MB,的軟盤。,（,1,）軟盤片,（,2,）軟盤信息分布和尋址,4.1,磁盤存儲器,2,磁道記錄格式,一個磁道被軟劃分為若干扇區(qū)，每個扇區(qū)又分為標志區(qū)和數(shù)據(jù)區(qū)，每個區(qū)包含若干項。記錄的有效數(shù)據(jù)或程序，位于數(shù)據(jù)區(qū)的,DATA,項之中。其他信息則是為了識別有效數(shù)據(jù)而設置的格式信息。每條磁道分為前置區(qū)、扇區(qū)及后置區(qū),3,部分。,4.1,磁盤存儲器,4.1.3,硬盤驅(qū)動器,1,硬盤的基本結(jié)構(gòu)與分類,硬盤

5、存儲器的硬件包括硬盤控制器（適配器）、硬盤驅(qū)動器以及連接電纜。硬盤控制器（,Hard Disk Controller,，簡稱,HDC,）對硬盤進行管理，并在主機和硬盤之間傳送數(shù)據(jù)。硬盤控制器以適配卡的形式插在主板上或直接集成在主板上，然后通過電纜與硬盤驅(qū)動器相連。硬盤驅(qū)動器（,Hard Disk Drive,，簡稱,HDD,）中有盤片、磁頭、主軸電機、磁頭定位機構(gòu)、讀寫電路和控制邏輯等。其中盤片用來存儲信息，而磁頭用來讀寫盤片上的信息，盤片旋轉(zhuǎn)依靠主軸電機的驅(qū)動，速度可達到,3600,轉(zhuǎn),/,分鐘以上。,2,硬盤的信息分布,在硬盤中信息分布呈如下層次：記錄面、圓柱面、磁道、信息塊扇區(qū),4.1,

6、磁盤存儲器,4.1.3,硬盤驅(qū)動器,1,硬盤的基本結(jié)構(gòu)與分類,（,1,）按硬盤驅(qū)動器各部件是否密封分類,硬盤存儲器可分為溫徹斯特盤和非溫徹斯特盤兩類。,（,2,）按磁頭是否可以移動分類,硬盤存儲器又可分為固定頭存儲器和移動頭存儲器兩類。,（,3,）按盤組是否可拆卸分類,硬盤存儲器可分為可換盤片式與固定盤片式兩類。,（,4,）按磁盤的尺寸分類,國內(nèi)常用的磁盤存儲器有,360mm,（,14in,）、,200mm,（,8in,）和,130mm,（,5.25in,）三類，,360mm,（,14in,）的應用得最多。,（,5,）按磁層分類,根據(jù)磁層的不同，可分為顆粒型涂敷磁盤和連續(xù)膜磁盤兩類。,4.1,

7、磁盤存儲器,4.1.3,硬盤驅(qū)動器,2,硬盤的信息分布,硬盤存儲信息的區(qū)域按層次可以分為：磁面、圓柱面、磁道、扇區(qū),4.1,磁盤存儲器,3,磁頭定位系統(tǒng),為了在磁盤徑向方向的某一磁道完成讀寫，必須驅(qū)動磁頭移到并定位在那里，實現(xiàn)這一功能的部件就是磁頭定位驅(qū)動系統(tǒng)，它由磁頭小車和驅(qū)動部件組成，磁頭被安裝在小車上，小車的運動帶動磁頭沿磁盤的徑向方向前進或后退。,4,尋址過程,（,1,）磁盤地址,（,2,）定位（尋道）,（,3,）尋找起始扇區(qū),5,磁盤存儲器參數(shù)的計算,4.2,磁帶,4.2.1,磁帶存儲器概述,磁帶存儲器也稱為順序存取存儲器（,SequentialAccessMemory,，簡稱,SA

8、M,）即磁帶上的文件依次存放。磁帶存儲器存儲容量很大，但查找速度慢，在微型計算機上一般用做后備存儲裝置，以便在,硬盤,發(fā)生故障時，恢復系統(tǒng)和數(shù)據(jù)。,磁帶存儲器屬于磁表面存儲器，是以磁帶為存儲介質(zhì)，由磁帶機及其控制器組成的存儲設備，它是計算機的一種輔助存儲器。磁帶是一種柔軟的帶狀磁性記錄介質(zhì)，它由帶基和磁表面層兩部分組成，帶基多為薄膜聚酯材料，磁表面層所用材料多為,-Fe2O3,和,CrO2,等。磁帶機由磁帶傳動機構(gòu)和磁頭等組成，能驅(qū)動磁帶相對磁頭運動，用磁頭進行電磁轉(zhuǎn)換，在磁帶上順序地記錄或讀出數(shù)據(jù)。,1,磁帶存儲器分類,按其寬度分類，有,1/4in,、,1/2in,、,1in,和,3in,幾

9、種；按磁帶外形分類，有開盤式和盒式磁帶兩種；按其長度分類，帶長有,2400ft,、,1200ft,和,600ft,等；按記錄位密度分類，有,800bpi,、,1600bpi,、,6250bpi,、,8000bpi,等幾種；按磁帶表面并行記錄信息的磁道數(shù)分類，有,4,道、,7,道、,9,道等。在現(xiàn)代計算機系統(tǒng)中，普遍采用,1/2in,開盤式磁帶和,1/4in,盒式磁帶，這兩種都是標準磁帶。,根據(jù)讀寫磁帶的工作原理，磁帶可分為螺旋掃描技術(shù)、線性記錄技術(shù)、,DLT,技術(shù)和,LTO,技術(shù)幾類。,4.2,磁帶,2,磁帶存儲器的主要技術(shù)指標,衡量磁帶存儲器的技術(shù)指標主要有以下幾個方面。,磁帶速度，是指磁帶

10、在單位時間內(nèi)相對于磁頭移動的長度，也稱為額定磁帶速度，單位是,in/s,或,cm/s,。帶速主要影響數(shù)據(jù)的讀寫速度，帶速越快，數(shù)據(jù)傳輸率越高。,記錄間隙，指相鄰兩個記錄塊間的間隔距離，單位是英寸或毫米。,啟停距離，啟停距離為啟動走帶到達正常帶速時磁帶所走過的距離。停止距離是指從正常帶速到完全停止磁帶所走過的距離。啟停距離和記錄間隙直接有關(guān)，應該適合記錄間隙的要求，以保證數(shù)據(jù)信息的準確讀出和寫入。,反繞時間，是指一定長度的滿盤磁帶的反繞時間，以秒為單位。,磁帶寬度和磁道數(shù)，磁帶寬度是區(qū)別磁帶類型的主要指標，不同寬度的磁帶不能互換。磁帶寬度和磁帶上的磁道數(shù)密切相關(guān)，在相同的磁道密度下，磁帶寬度大的

11、磁道多，磁帶容量也就大。常見的磁道數(shù)為,9,道。,存儲容量，指磁帶能存儲的二進制數(shù)據(jù)總量。如,1/4,英寸的磁帶存儲容量在,60MB,到,26GB,之間。,4.2,磁帶,4.2.2,磁帶機的工作原理和結(jié)構(gòu),1,磁帶機的工作原理,下面以開盤式磁帶機為例來闡述磁帶機的讀,/,寫工作原理。,（,1,）數(shù)據(jù)的寫入過程,（,2,）數(shù)據(jù)的讀出過程,2,磁帶機的結(jié)構(gòu),磁帶機的種類很多，不同種類的磁帶機結(jié)構(gòu)也有差異，下面討論一下開盤啟停式磁帶機和數(shù)據(jù)流磁帶機的結(jié)構(gòu)。,（,1,）開盤啟停式磁帶機,開盤式磁帶指的是磁帶纏繞在圓形的帶盤上，而且磁帶的首端可以取出的磁帶。根據(jù)所裝磁帶的長短不同，帶盤的直徑不一樣，但是

12、都可以通用。,走帶和導向機構(gòu),磁帶緩沖機構(gòu),帶盤驅(qū)動機構(gòu),磁頭,4.2,磁帶,4.2.2,磁帶機的工作原理和結(jié)構(gòu),2,數(shù)據(jù)流式磁帶機,數(shù)據(jù)流式磁帶機是將數(shù)據(jù)連續(xù)地寫在磁帶上，每個數(shù)據(jù)塊間插入記錄間隙，使磁帶機在數(shù)據(jù)塊間不啟停，從而簡化了磁帶機的結(jié)構(gòu)。因為啟停式磁帶機的技術(shù)關(guān)鍵是既要保證快速的傳輸速率，又要求在數(shù)據(jù)塊之間準確地啟動、停止，所以設置了擺桿等磁帶緩沖機構(gòu)。數(shù)據(jù)流磁帶機簡化了啟停機構(gòu)，省去了擺桿、真空積帶箱以及機械張力控制部件，用電子控制代替機械控制。這樣不僅降低了成本，而且使可靠性大為提高。,數(shù)據(jù)流磁帶機有,l/2英寸開盤式和1/4,英寸盒式兩種，微型小型計算機系統(tǒng)中的后備存儲器多采

13、用,1/4,英寸盒式數(shù)據(jù)流磁帶機,(quarter-inch-cartridge,簡稱,QIC),。,4.2,磁帶,4.2.3,磁帶的應用領(lǐng)域,雖然磁盤存儲和光存儲也能實現(xiàn)高容量存儲，都可以作為備份方式。但考慮到單位成本與高容量，只有磁帶技術(shù)才真正適合數(shù)據(jù)存儲備份領(lǐng)域。磁帶介質(zhì)不僅能提供高容量、高可靠性以及可管理性，而且價格比光盤、磁盤便宜很多。,通常只有在原始數(shù)據(jù)出問題時才使用備份數(shù)據(jù)恢復，所以備份數(shù)據(jù)的使用頻率一般不是很高，而且備份數(shù)據(jù)的存取速度不是要求很高，不必要為了追求備份高速度而增加高額成本，存儲介質(zhì)的容量是備份技術(shù)中最看重的。,從上述可知，雖然磁盤存儲器和光盤存儲器有很大的速度優(yōu)勢

14、，但磁帶的良好性價比和高容量優(yōu)點使它成為很多領(lǐng)域備份設備的首選，在以后依舊有很多的應用空間。,4.3,光盤,4.3.1,光盤概述,光盤是近年來新開發(fā)的一種新型大容量存儲器，它是一種不同于磁性載體的光學存儲介質(zhì)，用聚焦的氫離子激光束處理記錄介質(zhì)的方法存儲和再生信息，又稱激光光盤。由于軟盤的容量太小，而大容量的固定硬盤存儲器，其造價較高，且不便于攜帶，而光盤憑借記錄密度高、存儲容量大和使用安全可靠等優(yōu)點，在實際中得到了廣泛使用。,4.3,光盤,1,光盤存儲器的工作原理,（,1,）只讀光盤的讀原理,只讀光盤由碳酸脂做成，中心帶有直徑,15mm,的孔洞。在盤基上澆鑄了一個螺旋狀的物理磁道，從光盤的內(nèi)部

15、一直螺旋到最外圈，磁道內(nèi)部排列著一個個蝕刻的,“,凹陷,”,，由這些,“,凹坑,”,和,“,平地,”,構(gòu)成了存儲的數(shù)據(jù)信息。光道深,0.12,m,，寬,0.6,m,。螺旋形軌跡中一條與下一條的間距為,1.6,m,。只讀光盤既可以記錄模擬信息，也可以記錄數(shù)字信號。光道上凹坑或凸區(qū)的長度是,0.3,m,的整數(shù)倍。凹凸交界的正負跳變沿均代表數(shù)字,1,，兩個邊緣之間代表數(shù)字,0,，,0,的個數(shù)是由邊緣之間的長度決定的。,4.3,光盤,（,2,）一次寫多次讀光盤（,WORM,）的讀寫原理,一次寫多次讀光盤（,WORM,）是利用聚焦成,1,m,左右的激光束的熱能，使記錄介質(zhì)的形狀發(fā)生永久性變化來進行記錄的

16、，這是一種記錄后不能在原地址重新寫入信息的不可逆記錄方式，所以只能寫入一次，不能擦除和改寫。,寫入數(shù)據(jù)時，先將要寫入的數(shù)據(jù)在光盤控制器內(nèi)調(diào)制成記錄序列，然后變成相應的記錄脈沖信號。該脈沖信號在電流驅(qū)動電路內(nèi)變?yōu)殡娏骱蟊凰偷郊す馄鳌＜す馄饕?20mW,左右的功率發(fā)光，并聚焦成,1,m,左右的微小光點，落在記錄介質(zhì)表面上，對其微小的區(qū)域進行加熱，打出微米級的凹坑，有凹坑代表寫入“,l,”，無凹坑代表寫入“,0,”。,讀取數(shù)據(jù)時，用比寫入功率低的激光連續(xù)照射在光盤上，當讀取激光照射在凹坑上時，反射光的光強度降低，從而在光盤軌道上產(chǎn)生了光反射系數(shù)高與低的兩種不同狀態(tài)，再由光檢測器將介質(zhì)上反射率的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，?jīng)過數(shù)據(jù)檢測、譯碼后送入到計算機中。,4.3,光盤,（,3,）可讀寫型光盤（,CD-Rewritable,，,CD-RW,）的讀寫原理,目前常用的可讀寫型光盤有磁光材料記錄介質(zhì)（,MO,）和相變型（,PC,）兩種。,MO,是以磁性光盤為數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)，以激光讀寫方式進行數(shù)據(jù)操作的存儲設備，這種光盤也稱磁光盤。,相變型（,PC,）光盤是利用記錄介質(zhì)的兩個穩(wěn)態(tài)，即反射率高的穩(wěn)態(tài)和反射率低的穩(wěn)