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
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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
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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
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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”
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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
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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
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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, 前臵
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
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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
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0扇区
1扇区
2扇区3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
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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
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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 。
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7.1 硬盘系统
—— 硬盘的记录格式
标准记录,分区记录：
位密度外低内高 ; 位密度相等 ;
浪费存储能力； 充分利用存储能力；
数据传输速率相等。 数据传输速率外高内低。
早期使用的标准记录 目前常使用的分区域记录
Zoned-bit recording(ZBR)
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础
7.1 硬盘系统
—— 硬盘的分区
2,分区 (DOS中使用 FDISK)
硬盘分区 —— 将硬盘分成多个逻辑区域 (逻辑盘 ),每个
分区可支持不同的操作系统 。 DOS分区可分为一个主分
区和一个扩展分区, 扩展分区又可分成多个逻辑分区,
每个分区对应一个逻辑磁盘 。
簇 —— 硬盘的最小分配单位是, 簇, (一般包括多个扇
区 ),并将全部簇编号 。 每个簇包含的扇区数因逻辑盘容
量而异 。
PC机常用的三种文件系统：
FAT(File Allocation Table),16位 文件分配表 (又称为
FAT16,软盘为 12位 ),PC机 DOS,Windows系统均支
持 。
FAT16文件系统中簇的编号为 16位二进制, 簇的最大
容量为 32KB,逻辑盘最大 容量 =64K X 32K=2048M=2G。
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基
础
7.1 硬盘系统
FAT32,32位 文件分配表, 用于 Windows9x/2000的文件系
统, 用 32位二进制对簇进行编号 。
和 FAT16相比, FAT32文件系统的簇所包含的扇区数少,
如 2GB的一个逻辑盘, FAT16的簇容量为 32KB,而 FAT32
的簇容量为 4KB。 FAT32的磁盘利用效率比 FAT16高 (一个
文件平均浪费半个簇 —— FAT16平均浪费 16KB,而 FAT32
平均浪费 2KB)。
DOS,Windows3.x和 Windows95第一版不支持 FAT32。
NTFS,WindowsNT文件系统, 是基于安全性的文件系统 。
目前用于 Windows2000/XP系统, DOS和 Windows9x不支
持 。
WindowsNT 使用 NTFS 4.0, Windows2000/XP 使用
NTFS 5.0。
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7.1 硬盘系统
NTFS 5.0的主要特点：
?最大分区 2TB,Win2000下使用 FAT32最大分区为 32GB。
?使用事物处理日志和恢复技术来保证分区的一致性，发生
系统失败事件时,NTFS使用日志文件和检查点信息自动恢复
文件系统的一致性。
?支持对分区、文件夹和文件的压缩。
?可以为共享资源、文件夹以及文件设臵访问许可权限：
? 一是允许哪些组或用户对文件夹、文件和共享资源进行访问；
? 二是获得访问许可的组或用户可以进行什么级别的访问。
?兼容性差，在安装多个操作系统时,DOS,Windows9x不
能识别 NTFS分区。
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3,高级 格式化 (DOS中使用 FORMAT)
将全部扇区分成引导区, 文件分配
表 (FAT),文件根目录表和数据区四个
区域 。
引导区,磁盘参数和引导程序等 。
引导区
文件分配表
文件根目录
数据区
文件分配表 (FAT),数据区的每一个簇对应文件分配表中
的两个字节，表示该簇被某文件占用并指明该文件下一
簇。
文件根目录,一个文件的目录称为一个目录项,FAT16
中占 32个字节。存放文件名、修改日期时间、文件长度
及起始簇。
7.1 硬盘系统
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7.1 硬盘系统
—— FAT16数据结构图示
文件名 2 文件长度 日期时间 起始簇号
第二簇号 文件起始簇
第三簇号 文件第二簇
第四簇号 文件第三簇
FFFF 文件最后簇
目录区
文件分配表 数据区
文件名 1 文件长度 日期时间 起始簇号
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7.1 硬盘系统
—— 硬盘接口
接口,40针
的 IDE接口，
而 50针的是
SCSI接口。
跳线,设置
是作为主盘
(Master)还是
副盘 (Slave)
电源插座：
+5V,+12V
3.5英寸 IDE接口硬盘
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7.2 软磁盘系统
和硬盘系统相比, 软盘的容量和读写速度都低的多,
但盘片可更换 。
7.2.1 软盘系统构成
软盘系统由软盘控制器, 软盘驱动器, 软盘盘体和接口
电缆组成 。
完成总线与软
驱接口的电路
由读写磁头及磁头移动机构、
主轴电机、编解码电路和接
口电路等组成
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础
软盘驱动器的工作过程：马达带动软盘的盘片转动
（每分钟 300转），磁头定位器的步进马达负责
把磁头（磁头小车）作径向移动到正确的磁道，
由磁头完成读写操作。
7.2 软磁盘系统
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础
7.2 软磁盘系统
7.2.2 软盘接口
软盘控制器到软盘驱动器的接口为 34线专用接口 (一般
在主板上标有 FLOPPY)。 通过扁平电缆连接 。 可同时安
装两个软盘驱动器, 盘符分别为 A和 B。
主机板
FLOPPY 5.25英
寸 A驱
5.25英
寸 B驱
3.5英
寸 A驱
3.5英
寸 B驱
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7.2 软磁盘系统
7.2.3 软盘
PC机软盘最早为 8英寸,IBM-PC机中使用的为 5.25英
寸和 3.5英寸，目前 5.25英寸已基本淘汰。
5.25英寸软盘有 360KB和 1.2MB两种格式,3.5英寸软盘
有 720KB,1.44MB和 2.88MB三种,2.88MB软盘没有推广
使用。
面数
5.25英寸 360KB
5.25英寸 1.2MB
3.5英寸 720KB
3.5英寸 1.44MB
2
2
2
2
3.5英寸 2.88MB 2
软盘类型 每面磁道数
40
80
80
80
80
每磁道
扇区数
9
15
9
18
36
每扇区
字节数
512
512
512
512
512
磁道密
度 (mm)
0.3
0.155
0.115
0.115
0.115
磁盘容量 = [面数 ] X [每面磁道数 ] X [每磁道扇区数 ] X [每扇区字节数 ]
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7.3 大容量可更换磁盘
7.3.1 简介
大容量可更换介质磁盘系统是软磁盘的更新换代产品，
其容量、传输速度、盘片转速、寻道时间等指标介于硬
盘和软盘系统之间，多数指标接近硬盘系统。
主要应用于大量数据的移动复制。
可更换介
质存储器
系统
磁介质
光介质
磁带
大容量可更换磁盘
各种光盘
软磁盘
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7.3 大容量可更换磁盘
关键技术,一般大容量可更换磁盘系统使用了激光定位
等更精确的磁头定位技术，使磁头的定位精度接近硬盘，
从而大大提高磁道密度。
接口,大容量可更换磁盘系统的结构有内置和外置两种，
其接口有 IDE(内置 ),SCSI(外置 ),USB(外置 )、并行口
(外置 )和 PCMCIA(用于笔记本电脑，外置 )几种。
兼容性,部分可更换系统的驱动器兼容 3.5寸软盘，它们
可已读写 3.5寸 720KB和 1.44MB软盘。
前景,目前大容量可更换磁盘的使用并不普及，主要原
因是英特网和光盘的迅速发展。
7.3.2 常用的磁光盘驱动器
公司
ZIP Iomega
类型 容 量(MB)
100
250
平均传输速
率 (KB/s)
平均寻道
时间 (ms)
盘片转速
(转 /分 )
800~
1400 29 2491
LS-120
(SuperDisk)
3M
(Imation) 120
484(IDE)
290(并口 ) 70 720
Bernolli
贝努利
Iomega 35/65/
105/150 18 3600
Jaz Iomega 1G2G 54007350 10 54005394
SparQ SyQuest 1G 1250 12 5400
235 SyQuest 235 1250(并口 )2400(IDE) 13.5
特点
3.5英寸，有内置 (IDE)和
外置 (SCSI/并口 )
3.5英寸兼容 1.44M软盘
可作为 A盘启动系统
大容量，性能接近硬盘，
外置 (SCSI)
有内置 (IDE)和外置 (并口 )
内置 (IDE)和外置 (SCSI)
各种可更换磁盘系统简表
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7.4 光盘存储系统
最早的光盘存储系统是 CD(Compact Disc:数字激光唱
片 )和 LD(Laser Disc:激光视盘，模拟方式 )。将 CD进行纠
错方面的改进后用于计算机数据存储。
光盘储存系统的特点
容量大,CD:650MB
DVD:17GB。
成本低：位成本远低于磁
性储存。
可靠性好：抗磁，无磨损。
速率：高于软盘，低于硬
盘。
可写性差：有只读和可擦
写型。
数据区螺旋
型数据轨道
中心孔
空白区 7.5mm
17.5mm
60mm
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7.4 光盘存储系统
7.4.1 光盘的种类
1,按存储容量标准可分为：
CD,存储容量约 650MB。
DVD,可双面存储信息，而且每面可存储两层信息。
单面单层 4.7GB 单面双层 8.5GB
双面单层 9.4GB 双面双层 17 GB
2,按光盘介质特性和写入特性可分为：
只读,包括 CD-ROM,DVD-ROM。
一次可写,包括 CD-R,DVD-R / DVD+R。
可擦写,包括 CD-RW,DVD-RW / DVD+RW。
-R/-RW和 +R/+RW是两种不同的写入标准，一般写入设
备和盘片不兼容。
-R,Recordable
-RW,ReWritable
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7.4 光盘存储系统
3,CD类光盘 按应用和介质分类
CD-DA(Digital Audio),激光唱盘。
CD-ROM(Read Only Memory),只读光盘，作为电子
出版物载体。
PhotoCD,Kodak公司制定的，用压缩方式存储数字照
片的 CD格式标准。
CD-I(Interactive),一种支持交互的 CD技术规范。
VCD(Video CD),CD的视频存储标准，使用 MPEG-1
视频压缩标准 (MPEG=Motion Picture Experts Group)。
MPEG-1标准：视频分辨率约为 240X352；伴音为
双声道立体声；播放时间约 74分钟。
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7.4 光盘存储系统
4,DVD类光盘
DVD(Digital Video Disk),用 MPEG-2压缩方式存储数字
化视频和音频高密度光盘标准。 MPEG-2标准：
视频分辨率最低为 720X480(NTSC)
720X576(PAL)；
伴音为 5.1声道环绕立体声；
包含有 4通道的字幕；
单面单层 DVD盘 (4.7GB)可存储 135分钟节目。
7.4.2 CD-ROM数据格式
经过对 CD-DA的数据格式的改进，增强纠错功能形成
了 CD-ROM的数据格式，经过标准化后形成 High Sierra
格式，用于一般的只读 CD盘 (模式 1)。
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7.4 光盘存储系统
为了使光盘具备多重会话能力，产生 CD-ROM XA扩展
标准 (模式 2)。包括两种格式。
同步
(12字节 )
头部
(8字节 )
用户数据
(2048字节 )
纠错 /检错码
(284字节 )
模式 2，格式 1
同步
(12字节 )
头部
(8字节 )
用户数据
(2048字节 )
纠错码
(280字节 )
子头部
(8字节 )
检错码
(4字节 )
模式 1
模式 2，格式 2
同步
(12字节 )
头部
(8字节 )
用户数据
(2324字节 )
子头部
(8字节 )
检错码
(4字节 )
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7.4 光盘存储系统
—— 光盘驱动器构成和原理
7.4.3 光盘驱动器
1,光驱的构成和原理
光盘驱动器内部由：
? 旋转及其伺服控制机构；
? 激光发送、接收及其平行移动
反光和聚焦系统；
? 信号编译码、驱动检测电路；
? 接口控制和缓冲存储器电路。
2,读数据的过程
控制旋转和平移机构使光束
对准数据光道，在旋转的过程中
从激光检测器拾取信号，经译码
获得数据。
激光
二极管 移动反光镜
平行移
动机构
激光
检测器
光盘及
旋转机构
接口
控制电路
接口
缓冲
存储器
信号检测
译码电路
伺服控制
驱动电路
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3,光驱类型
按使用介质分类有 CD和 DVD两大类,DVD光驱可以兼
容 CD光驱。
按光盘写入能力分类有只读和读写两大类。
但实际的产品可能有比较灵活的功能组合。
常见的光驱产品：
7.4 光盘存储系统
—— 光盘驱动器的类型
CD-ROM驱动器
CD-RW驱动器
读所有 CD类光盘
读所有 CD类光盘，写 CD-R,CD-RW
DVD-ROM驱动器 读所有 CD类,DVD类光盘
DVD-RW驱动器 读所有 CD类,DVD类光盘，写 DVD-R,DVD-RW
Combo驱动器 读所有 CD类,DVD类光盘，写 CD-R,CD-RW
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7.4 光盘存储系统
—— 光盘驱动器的读写方式
3,光驱的读写方式
光驱的主轴电机的转速控制方式决定了读写方式
CAV(Constant Angluar Velocity)恒定角速度方式
是早期使用的读盘方式，多用于 8倍速以前的光驱。
特点是读取盘片内圈和外圈主轴电机转速线性变化，数
据流量恒定。
CLV(Constant Linear Velocity)恒定线速度方式
特点是主轴电机恒定转速，读取速度线性变化。
PCAV(Partial CAV)局部恒定角速度方式
内圈读取采用 CLV方式，外圈读取采用 CAV方式
Z-CLV(Zone CLV)区域恒定线速度方式
在高速刻录机上的一种技术，将一张刻录盘由内到外分
成数个区域，刻录时以区域为单位逐步提升速度，同一个
区域内的刻录速度是恒定的。
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7.4 光盘存储系统
—— 光驱的指标
5,光驱的主要技术指标
① 传输速率
标准速率为 150KB/s。 N倍速光驱的最大传输速率为
NX150KB/s。对 CAV光驱为读外圈光道时的速度。
可写光驱的写速度一般比读速度低的多。
② 访问时间
接到指令到读出第一个字节的平均时间 (光盘处于全速
旋转时 )。
③ 缓存容量
一般为 256KB。较大的缓存可以提高 CPU效率。
6,光驱接口
内臵一般为 IDE接口，外臵有 SCSI,USB和并行口三种。
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Flash存储器
Flash电子盘的存贮核心是 Flash Memory半导体存储芯
片，主要的构成形式有存储卡和 USB电子盘两种方式。两
种构成方式的主要不同是接口。
存储卡：
SM(Smart Media Card )存储卡,主
要用于数码照相机。只集成了存储器
芯片，没有控制器。
CF(Compact Flash)存储卡,CF卡常用
于笔记本或掌上电脑，作为外部扩充存
储器,CF 卡的速度为 NX150KB/s，一
般读取速度都比写入速度快，所标出速
度是其最大读取速度。
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Flash存储器
USB电子盘：
MMC(Multi Media Card)存储卡,目前广
泛使用的存储卡，在多种数码产品中应
用。
SD(Secure Digital Card)存储卡：
MMC卡的改进型，卡座兼容 MMC卡，
读写速度高于 MMC，增加了数据的著
作盘保护功能。
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本章习题
P234第 2,3,4,8,9题：
? 硬盘
? 软盘系统
?大容量可更换磁盘
? 光盘储存系统
? Flash电子盘
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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 。
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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
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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”
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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
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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
第 6 页
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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, 前臵
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
第 7 页
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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
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术
基
础
0扇区
1扇区
2扇区3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
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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
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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 。
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基
础
7.1 硬盘系统
—— 硬盘的记录格式
标准记录,分区记录：
位密度外低内高 ; 位密度相等 ;
浪费存储能力； 充分利用存储能力；
数据传输速率相等。 数据传输速率外高内低。
早期使用的标准记录 目前常使用的分区域记录
Zoned-bit recording(ZBR)
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术
基
础
7.1 硬盘系统
—— 硬盘的分区
2,分区 (DOS中使用 FDISK)
硬盘分区 —— 将硬盘分成多个逻辑区域 (逻辑盘 ),每个
分区可支持不同的操作系统 。 DOS分区可分为一个主分
区和一个扩展分区, 扩展分区又可分成多个逻辑分区,
每个分区对应一个逻辑磁盘 。
簇 —— 硬盘的最小分配单位是, 簇, (一般包括多个扇
区 ),并将全部簇编号 。 每个簇包含的扇区数因逻辑盘容
量而异 。
PC机常用的三种文件系统：
FAT(File Allocation Table),16位 文件分配表 (又称为
FAT16,软盘为 12位 ),PC机 DOS,Windows系统均支
持 。
FAT16文件系统中簇的编号为 16位二进制, 簇的最大
容量为 32KB,逻辑盘最大 容量 =64K X 32K=2048M=2G。
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术
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7.1 硬盘系统
FAT32,32位 文件分配表, 用于 Windows9x/2000的文件系
统, 用 32位二进制对簇进行编号 。
和 FAT16相比, FAT32文件系统的簇所包含的扇区数少,
如 2GB的一个逻辑盘, FAT16的簇容量为 32KB,而 FAT32
的簇容量为 4KB。 FAT32的磁盘利用效率比 FAT16高 (一个
文件平均浪费半个簇 —— FAT16平均浪费 16KB,而 FAT32
平均浪费 2KB)。
DOS,Windows3.x和 Windows95第一版不支持 FAT32。
NTFS,WindowsNT文件系统, 是基于安全性的文件系统 。
目前用于 Windows2000/XP系统, DOS和 Windows9x不支
持 。
WindowsNT 使用 NTFS 4.0, Windows2000/XP 使用
NTFS 5.0。
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7.1 硬盘系统
NTFS 5.0的主要特点：
?最大分区 2TB,Win2000下使用 FAT32最大分区为 32GB。
?使用事物处理日志和恢复技术来保证分区的一致性，发生
系统失败事件时,NTFS使用日志文件和检查点信息自动恢复
文件系统的一致性。
?支持对分区、文件夹和文件的压缩。
?可以为共享资源、文件夹以及文件设臵访问许可权限：
? 一是允许哪些组或用户对文件夹、文件和共享资源进行访问；
? 二是获得访问许可的组或用户可以进行什么级别的访问。
?兼容性差，在安装多个操作系统时,DOS,Windows9x不
能识别 NTFS分区。
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3,高级 格式化 (DOS中使用 FORMAT)
将全部扇区分成引导区, 文件分配
表 (FAT),文件根目录表和数据区四个
区域 。
引导区,磁盘参数和引导程序等 。
引导区
文件分配表
文件根目录
数据区
文件分配表 (FAT),数据区的每一个簇对应文件分配表中
的两个字节，表示该簇被某文件占用并指明该文件下一
簇。
文件根目录,一个文件的目录称为一个目录项,FAT16
中占 32个字节。存放文件名、修改日期时间、文件长度
及起始簇。
7.1 硬盘系统
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7.1 硬盘系统
—— FAT16数据结构图示
文件名 2 文件长度 日期时间 起始簇号
第二簇号 文件起始簇
第三簇号 文件第二簇
第四簇号 文件第三簇
FFFF 文件最后簇
目录区
文件分配表 数据区
文件名 1 文件长度 日期时间 起始簇号
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7.1 硬盘系统
—— 硬盘接口
接口,40针
的 IDE接口，
而 50针的是
SCSI接口。
跳线,设置
是作为主盘
(Master)还是
副盘 (Slave)
电源插座：
+5V,+12V
3.5英寸 IDE接口硬盘
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7.2 软磁盘系统
和硬盘系统相比, 软盘的容量和读写速度都低的多,
但盘片可更换 。
7.2.1 软盘系统构成
软盘系统由软盘控制器, 软盘驱动器, 软盘盘体和接口
电缆组成 。
完成总线与软
驱接口的电路
由读写磁头及磁头移动机构、
主轴电机、编解码电路和接
口电路等组成
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软盘驱动器的工作过程：马达带动软盘的盘片转动
（每分钟 300转），磁头定位器的步进马达负责
把磁头（磁头小车）作径向移动到正确的磁道，
由磁头完成读写操作。
7.2 软磁盘系统
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术
基
础
7.2 软磁盘系统
7.2.2 软盘接口
软盘控制器到软盘驱动器的接口为 34线专用接口 (一般
在主板上标有 FLOPPY)。 通过扁平电缆连接 。 可同时安
装两个软盘驱动器, 盘符分别为 A和 B。
主机板
FLOPPY 5.25英
寸 A驱
5.25英
寸 B驱
3.5英
寸 A驱
3.5英
寸 B驱
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7.2 软磁盘系统
7.2.3 软盘
PC机软盘最早为 8英寸,IBM-PC机中使用的为 5.25英
寸和 3.5英寸，目前 5.25英寸已基本淘汰。
5.25英寸软盘有 360KB和 1.2MB两种格式,3.5英寸软盘
有 720KB,1.44MB和 2.88MB三种,2.88MB软盘没有推广
使用。
面数
5.25英寸 360KB
5.25英寸 1.2MB
3.5英寸 720KB
3.5英寸 1.44MB
2
2
2
2
3.5英寸 2.88MB 2
软盘类型 每面磁道数
40
80
80
80
80
每磁道
扇区数
9
15
9
18
36
每扇区
字节数
512
512
512
512
512
磁道密
度 (mm)
0.3
0.155
0.115
0.115
0.115
磁盘容量 = [面数 ] X [每面磁道数 ] X [每磁道扇区数 ] X [每扇区字节数 ]
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7.3 大容量可更换磁盘
7.3.1 简介
大容量可更换介质磁盘系统是软磁盘的更新换代产品，
其容量、传输速度、盘片转速、寻道时间等指标介于硬
盘和软盘系统之间，多数指标接近硬盘系统。
主要应用于大量数据的移动复制。
可更换介
质存储器
系统
磁介质
光介质
磁带
大容量可更换磁盘
各种光盘
软磁盘
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7.3 大容量可更换磁盘
关键技术,一般大容量可更换磁盘系统使用了激光定位
等更精确的磁头定位技术，使磁头的定位精度接近硬盘，
从而大大提高磁道密度。
接口,大容量可更换磁盘系统的结构有内置和外置两种，
其接口有 IDE(内置 ),SCSI(外置 ),USB(外置 )、并行口
(外置 )和 PCMCIA(用于笔记本电脑，外置 )几种。
兼容性,部分可更换系统的驱动器兼容 3.5寸软盘，它们
可已读写 3.5寸 720KB和 1.44MB软盘。
前景,目前大容量可更换磁盘的使用并不普及，主要原
因是英特网和光盘的迅速发展。
7.3.2 常用的磁光盘驱动器
公司
ZIP Iomega
类型 容 量(MB)
100
250
平均传输速
率 (KB/s)
平均寻道
时间 (ms)
盘片转速
(转 /分 )
800~
1400 29 2491
LS-120
(SuperDisk)
3M
(Imation) 120
484(IDE)
290(并口 ) 70 720
Bernolli
贝努利
Iomega 35/65/
105/150 18 3600
Jaz Iomega 1G2G 54007350 10 54005394
SparQ SyQuest 1G 1250 12 5400
235 SyQuest 235 1250(并口 )2400(IDE) 13.5
特点
3.5英寸，有内置 (IDE)和
外置 (SCSI/并口 )
3.5英寸兼容 1.44M软盘
可作为 A盘启动系统
大容量，性能接近硬盘，
外置 (SCSI)
有内置 (IDE)和外置 (并口 )
内置 (IDE)和外置 (SCSI)
各种可更换磁盘系统简表
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7.4 光盘存储系统
最早的光盘存储系统是 CD(Compact Disc:数字激光唱
片 )和 LD(Laser Disc:激光视盘，模拟方式 )。将 CD进行纠
错方面的改进后用于计算机数据存储。
光盘储存系统的特点
容量大,CD:650MB
DVD:17GB。
成本低：位成本远低于磁
性储存。
可靠性好：抗磁，无磨损。
速率：高于软盘，低于硬
盘。
可写性差：有只读和可擦
写型。
数据区螺旋
型数据轨道
中心孔
空白区 7.5mm
17.5mm
60mm
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7.4 光盘存储系统
7.4.1 光盘的种类
1,按存储容量标准可分为：
CD,存储容量约 650MB。
DVD,可双面存储信息，而且每面可存储两层信息。
单面单层 4.7GB 单面双层 8.5GB
双面单层 9.4GB 双面双层 17 GB
2,按光盘介质特性和写入特性可分为：
只读,包括 CD-ROM,DVD-ROM。
一次可写,包括 CD-R,DVD-R / DVD+R。
可擦写,包括 CD-RW,DVD-RW / DVD+RW。
-R/-RW和 +R/+RW是两种不同的写入标准，一般写入设
备和盘片不兼容。
-R,Recordable
-RW,ReWritable
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7.4 光盘存储系统
3,CD类光盘 按应用和介质分类
CD-DA(Digital Audio),激光唱盘。
CD-ROM(Read Only Memory),只读光盘，作为电子
出版物载体。
PhotoCD,Kodak公司制定的，用压缩方式存储数字照
片的 CD格式标准。
CD-I(Interactive),一种支持交互的 CD技术规范。
VCD(Video CD),CD的视频存储标准，使用 MPEG-1
视频压缩标准 (MPEG=Motion Picture Experts Group)。
MPEG-1标准：视频分辨率约为 240X352；伴音为
双声道立体声；播放时间约 74分钟。
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7.4 光盘存储系统
4,DVD类光盘
DVD(Digital Video Disk),用 MPEG-2压缩方式存储数字
化视频和音频高密度光盘标准。 MPEG-2标准：
视频分辨率最低为 720X480(NTSC)
720X576(PAL)；
伴音为 5.1声道环绕立体声；
包含有 4通道的字幕；
单面单层 DVD盘 (4.7GB)可存储 135分钟节目。
7.4.2 CD-ROM数据格式
经过对 CD-DA的数据格式的改进，增强纠错功能形成
了 CD-ROM的数据格式，经过标准化后形成 High Sierra
格式，用于一般的只读 CD盘 (模式 1)。
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7.4 光盘存储系统
为了使光盘具备多重会话能力，产生 CD-ROM XA扩展
标准 (模式 2)。包括两种格式。
同步
(12字节 )
头部
(8字节 )
用户数据
(2048字节 )
纠错 /检错码
(284字节 )
模式 2，格式 1
同步
(12字节 )
头部
(8字节 )
用户数据
(2048字节 )
纠错码
(280字节 )
子头部
(8字节 )
检错码
(4字节 )
模式 1
模式 2，格式 2
同步
(12字节 )
头部
(8字节 )
用户数据
(2324字节 )
子头部
(8字节 )
检错码
(4字节 )
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7.4 光盘存储系统
—— 光盘驱动器构成和原理
7.4.3 光盘驱动器
1,光驱的构成和原理
光盘驱动器内部由：
? 旋转及其伺服控制机构；
? 激光发送、接收及其平行移动
反光和聚焦系统；
? 信号编译码、驱动检测电路；
? 接口控制和缓冲存储器电路。
2,读数据的过程
控制旋转和平移机构使光束
对准数据光道，在旋转的过程中
从激光检测器拾取信号，经译码
获得数据。
激光
二极管 移动反光镜
平行移
动机构
激光
检测器
光盘及
旋转机构
接口
控制电路
接口
缓冲
存储器
信号检测
译码电路
伺服控制
驱动电路
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3,光驱类型
按使用介质分类有 CD和 DVD两大类,DVD光驱可以兼
容 CD光驱。
按光盘写入能力分类有只读和读写两大类。
但实际的产品可能有比较灵活的功能组合。
常见的光驱产品：
7.4 光盘存储系统
—— 光盘驱动器的类型
CD-ROM驱动器
CD-RW驱动器
读所有 CD类光盘
读所有 CD类光盘，写 CD-R,CD-RW
DVD-ROM驱动器 读所有 CD类,DVD类光盘
DVD-RW驱动器 读所有 CD类,DVD类光盘，写 DVD-R,DVD-RW
Combo驱动器 读所有 CD类,DVD类光盘，写 CD-R,CD-RW
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7.4 光盘存储系统
—— 光盘驱动器的读写方式
3,光驱的读写方式
光驱的主轴电机的转速控制方式决定了读写方式
CAV(Constant Angluar Velocity)恒定角速度方式
是早期使用的读盘方式，多用于 8倍速以前的光驱。
特点是读取盘片内圈和外圈主轴电机转速线性变化，数
据流量恒定。
CLV(Constant Linear Velocity)恒定线速度方式
特点是主轴电机恒定转速，读取速度线性变化。
PCAV(Partial CAV)局部恒定角速度方式
内圈读取采用 CLV方式，外圈读取采用 CAV方式
Z-CLV(Zone CLV)区域恒定线速度方式
在高速刻录机上的一种技术，将一张刻录盘由内到外分
成数个区域，刻录时以区域为单位逐步提升速度，同一个
区域内的刻录速度是恒定的。
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7.4 光盘存储系统
—— 光驱的指标
5,光驱的主要技术指标
① 传输速率
标准速率为 150KB/s。 N倍速光驱的最大传输速率为
NX150KB/s。对 CAV光驱为读外圈光道时的速度。
可写光驱的写速度一般比读速度低的多。
② 访问时间
接到指令到读出第一个字节的平均时间 (光盘处于全速
旋转时 )。
③ 缓存容量
一般为 256KB。较大的缓存可以提高 CPU效率。
6,光驱接口
内臵一般为 IDE接口，外臵有 SCSI,USB和并行口三种。
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Flash存储器
Flash电子盘的存贮核心是 Flash Memory半导体存储芯
片，主要的构成形式有存储卡和 USB电子盘两种方式。两
种构成方式的主要不同是接口。
存储卡：
SM(Smart Media Card )存储卡,主
要用于数码照相机。只集成了存储器
芯片，没有控制器。
CF(Compact Flash)存储卡,CF卡常用
于笔记本或掌上电脑，作为外部扩充存
储器,CF 卡的速度为 NX150KB/s，一
般读取速度都比写入速度快，所标出速
度是其最大读取速度。
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Flash存储器
USB电子盘：
MMC(Multi Media Card)存储卡,目前广
泛使用的存储卡，在多种数码产品中应
用。
SD(Secure Digital Card)存储卡：
MMC卡的改进型，卡座兼容 MMC卡，
读写速度高于 MMC，增加了数据的著
作盘保护功能。
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本章习题
P234第 2,3,4,8,9题：
