磁盘存储设备PPT课件.ppt

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1、1,第五章磁盘存储设备,计算机的磁存储设备主要有软盘和硬盘，硬盘是目前计算机上配置的最重要的外部存储器，是各种计算机保存程序、数据的必不可少的存储设备。外部存储器的作用是长时间保护或永久保存数据。,2,2,1.写入数据原理： 将二进制信息经过写入电路转换成一个个脉冲，并产生电流输入到线圈中，在磁头铁芯中产生磁通，磁通通过缝隙形成闭合的磁场。当磁介质紧贴磁头表面作匀速运动时，磁头缝隙处的磁介质被局部磁化。 利用磁化方向的“翻转”与否来记录数据。即当电流方向改变时，磁通方向也会改变，从而使介质局部记录了与原来磁场方向相反的磁化状态。 如果需要记录“1”，则改变电流方向，进而引起磁化方向的翻转；如果

2、需要记录“0”，则不需要改变电流方向，无需翻转。,5.1 磁盘存储器工作原理,5.1.1磁盘存储器存取二进制数的原理,3,3,2.读出数据原理： 读出是写入的逆过程，可以使原磁化信息还原成数据信息。 当磁头与磁介质作相对运动时，介质与磁头铁芯的缝隙相接触，铁芯中出现原记录的磁通，并且在读出线圈两端产生感生电动势，经过读出电路还原为读出电流，读出电流的方向、大小正好与原记录信号相同，从而还原为原记录的二进制信息。,4,2.磁盘存储器盘片的组织结构,磁盘包含一或多个盘片，每片分两面，每面又可分成若干条磁道，磁道之间留有必要的空隙。 为简单起见，在每条磁道上存储相同数目的二进制位。因而，内层磁道的存

3、储密度（每英寸所存储的位数）较外层磁道的密度高。每条磁通又分成若干个扇区，每个扇区的大小相当于一个盘块，各扇区之间保留一定的间隙。 在磁盘存储数据前要格式化磁盘。,5,1 盘片组 盘片是磁盘存储数据的载体。 磁盘盘片组一般是由一片或几片圆形盘片叠加而成，不同容量的磁盘盘片数是不同的。每个盘片有两个面，每个面都可以记录数据，为了有效地管理数据，提高读写数据的效率，通常将盘片分成为面、磁道、扇区、柱面和着陆区。 （1）面。按照磁盘面的多少，依次称为0面、1面、2面等。对应于每个面都要有一个读写磁头，称为0磁头（head）、1磁头、2磁头等。为了能读写每个面上的数据，硬盘的磁头数与盘面数相同。,6,

4、（2）磁道。在盘片表面上以盘片圆心为中心，分出不同半径的同心圆用来存放数据，我们称这样的圆周为一个磁道（Track）。针对不同的磁道从外向内可以编上不同的号，即磁道号。从外道到内道为0、1、2、n）,（3）柱面。在硬盘中我们将不同盘片相同半径的 磁道组成的空心圆柱面称为柱面（Cylinders）。这 样硬盘的柱面数就等于每个面的磁道数。,（4）扇区。为了有效的管理硬盘数据，将每个磁道划分成若干段，每段称为一个扇区（Sector）。并规定一个扇区存放512字节的数据，在硬盘上每个磁道上的扇区数相同，,7,8,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

5、据，这些数据一般只作用于硬盘内部。,扇区的界限标志,9,3.磁盘的分区结构,硬盘上的数据按照其不同的特点和作用大致可分为5部分：MBR区、DBR区、FAT区、DIR区和DATA区。 1MBR区 主引导记录区MBR（Main Boot Record）位于整个硬盘的0磁道、0柱面、1扇区上，即硬盘第一个扇区。在主引导区内主要有两项内容： （1）主引导记录。主引导记录是一段程序代码，其作用主要是对硬盘上安装的操作系统进行引导。 （2）主引导分区表。主引导分区表DPT（Disk Partition Table）是用来存储硬盘主引导分区信息的。,10,在总共512字节的主引导扇区中，MBR只占用了地址0

6、到1BDH，共446个字节，另外的64个字节用来存放4个硬盘主引导分区表，每个DPT占用8个字节，最后2个字节“55，AA”是分区的结束标志。 2DBR区 操作系统引导记录区DBR（Dos Boot Record）通常位于硬盘的0磁道1柱面1扇区，是操作系统可以直接访问的第一个扇区，它包括一个引导程序和一个被称为BPB（Bios Parameter Block）的分区参数记录表。引导程序的主要任务是当MBR将系统控制权交给它时，判断该分区根目录前两个文件是不是操作系统的引导文件。,11,如果确定存在，就把引导文件读入内存中，并把控制权交给该文件。BPB参数块记录着本分区的起始扇区、结束扇区、文

7、件存储格式、硬盘介质描述符、根目录大小、FAT个数、分配单元的大小等重要参数。DBR是由高级格式化程序F等软件完成的。 3FAT区 簇。簇是文件或数据存储在硬盘中时所占用的最小单位。蔟大小一般由分区的格式或分区的大小决定，一个簇可能包括扇区数为4、16、32或64个不等。对一个文件来说，不论该文件大小如何，都至少要占用一个蔟，即使一个很小的文件，它也要占用一个簇，剩余的空间会全部闲置在那里，形成了硬盘空间的浪费。所以蔟的大小将影响着硬盘空间的利用率和性能。,12,由于在磁盘上会经常删除和添加文件，同一个文件的数据并不一定完整地存放在磁盘的一个连续的区域内，而往往会被分成若干段，但仍会像一条链子

8、一样存放，这种存储方式称为文件的链式存储。 为了实现文件的链式存储，硬盘上必须准确地记录哪些簇已经被文件占用，还必须为每个已经占用的簇指明存储后继内容的下一个簇的簇号，对一个文件的最后一簇，则要指明本簇无后继簇，这些都是由FAT表来保存的。 FAT的格式有好几种，最为常见的是FAT16和FAT32格式。,13,使用FAT16格式管理硬盘时，每个分区的最大存储容量只有2G （6553632 KB） 使用32位的文件分配表来管理硬盘文件，这样系统就能为文件分配多达4294967296（即2的32次方）个簇，所以在簇的大小同样为32KB时，每个分区容量最大可达128TB（terabytes：吉字节）

9、。 4DIR区 根目录区DIR（Directory）紧接在FAT表之后，记录着根目录下每个文件目录的起始单元、文件的属性等。5DATA区 数据区DATA是硬盘上真正意义上的存储数据的地方，位于DIR区之后，占据硬盘上的大部分数据空间。,14,4.磁盘存储器的格式化容量,磁盘存储器的格式化容量计算公式为： 格式化容量 = 每面磁道数每道扇区数面数磁盘片数512字节,15,5.1.2磁盘存储器的工作流程,16,硬盘存储器简称硬盘，是微机中广泛使用的外部存储设备。 它具有比软盘大得多的存储容量和快得多的存取速度。 硬盘的盘片在驱动器内部，不可拿出 硬盘一般都安装在主机箱内部，用户无法从外观上看到。

10、硬盘的生产过程是在无尘工厂中进行的，磁盘和磁头全部密封在铁皮盒子中，因此它在出厂之前其容量就已经固定了。 由于硬盘密封在金属盒中，防潮、防霉、防灰尘性能好，如果使用得当，硬盘上的数据可保存数年之久。,5.3 硬盘存储器,17,5.3.1 硬盘驱动器的分类,1按盘径尺寸分类 微硬盘的外观如图所示。,18,18,IDE硬盘接口和连接电缆,2按接口类型分类 （1）IDE接口和EIDE接口 IDE（integrated drive electronics，电子集成驱动器）的本意是指把硬盘控制器与盘体集成在一起的硬盘存储器。也称 ATA接口,19,19,EIDE接口 Enhanced IDE，增强型ID

11、E，EIDE接口已直接把适配电路集成在主板上，并留有专门的IDE连接器插口，因此不必再购买单独的适配卡。 标准： ATA-2(Fast ATA)，最大传输速度可达到16.7MB/s，支持的硬盘容量可达8.4GB，两个插口，可以支持四个设备。,20,（2）SCSI接口 SCSI（small computer system interface，小型计算机系统接口）是一种广泛应用于小型机上的高速数据传输技术, 并不是专门为硬盘设计的接口。SCSI接口具有应用范围广、多任务、带宽大、CPU占用率低，以及热插拔等优点，但价格较高，主要应用于中、高端服务器和高档工作站中。,21,SATA硬盘外部接口,（3

12、）Serial ATA接口 使用SATA（Serial ATA）口的硬盘又叫串口硬盘，它结构简单，支持热插拔，是未来PC机硬盘的趋势。,22,SATA（串行）与IDE（并行）传输接口相比，SATA拥有更多的技术优势。 . 高数据传输率 1.0可达150MB/S，2.0可达300MB/S，3.0可达600MB/S . 无需复杂设置 在并行硬盘的时代主板上的一个IDE接口上同时可以安装两个IDE硬盘，这时就必须设置主/从（Master/Slave）选项。但是SATA接口使用点对点传输协议，也就是说每个通信道都只能单独安装一个设备，并且独享带宽，这种工作模式在实际应用中更容易被管理。,23,. 支持

13、热拔插功能 . 数据线可以更长 传统的IDE接口为40针结构，其线缆的长度被限制在了45cm之内。而SATA数据线采用点对点传输，最长距离可以扩展到1米以上。,24,. 接口注重人性化 IDE接口在连接时用户必须区分数据线安装时的反正。SATA硬盘则采用了L形接口，根本不存在接反的可能。但SATA接口线缆设计有先天缺陷，L形的接口不允许用户多次拔插，否则就会引发接触不良的问题。,25,25,4.IEEE 1394标准 Fire Wire,火线，高档通用串行接口。 特点： 最多连接63个设备； 传输速率是100MB/s， 400MB/s，1.2GB/s； 支持热插拔； 设备类型多样化（硬盘、光驱

14、、打印机、扫描仪、 数码相机等）,26,5.3.2 硬盘驱动器的结构,1硬盘的外部结构,27,IDE硬盘的正面示意图,28,（1）电源接口 电源接口与主机电源相连，作用是为硬盘正常工作提供电力保证。 IDE硬盘的电源接口为4针接口， 而SATA硬盘的电源接口为15针.,29,（2）数据接口 数据接口是硬盘数据和主板控制器之间进行数据传输交换的纽带 SATA硬盘使用7针端口，,30, 跳线插针：在硬盘电源接口旁有一个8针或9针的跳线，是用来设置硬盘的主从。主要应用于IDE接口硬盘。 固定面板：硬盘的固定面板就是硬盘正面的面板，它与底板结合成一个密封的整体，保证了硬盘腔体中的盘片、磁头和其它机构能

15、在绝对无尘的环境下稳定运行。,31,2硬盘的内部结构,硬盘内部结构,32,（1）盘片：盘片是硬盘存储数据的载体，现在的盘片大都采用金属薄膜磁盘，这种金属薄膜磁盘具有更高的记录密度。 硬盘由多个盘片组成，单片分别有0面和1面；盘片上的每一个同心圆为一个磁道，最外面为0道；每一个磁道又分为多个扇区，每个扇区都是512字节；每个盘片的相同磁道形成柱面。,2硬盘的内部结构,33,2硬盘的内部结构,（2）磁头：磁头是硬盘中对盘片进行读写工作的工具，是硬盘中最精密的部位之一。硬盘在工作时，磁头通过感应旋转的盘片上磁场的变化来读取数据；通过改变盘片上的磁场来写入数据。最初磁头是读写功能一起的，这对磁头的制造

16、工艺、技术都要求很高，而对于个人电脑来说，在与硬盘交换数据的过程中，读取数据远远快于写入数据，读、写操作二者的特性也完全不同，这也就导致了读、写分离的磁头，二者分别工作、各不干扰。,34,（1）盘片：盘片是硬盘存储数据的载体，现在的盘片大都采用金属薄膜磁盘，这种金属薄膜磁盘具有更高的记录密度。 硬盘由多个盘片组成，单片分别有0面和1面；盘片上的每一个同心圆为一个磁道，最外面为0道；每一个磁道又分为多个扇区，每个扇区都是512字节；每个盘片的相同磁道形成柱面。 硬盘的容量一般表示为： 面数每面磁道数每磁道扇区数每扇区字节数（512Byte） 盘片数,2硬盘的内部结构,（3）伺服控制电机 伺服控制

17、电机是用来驱动主轴带动盘片在磁头下面高速旋转，盘片高速运转时带动周围的气体产生浮力使磁头悬浮在盘片上方进行工作。,35,（4）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0.10.3um，这样可以获得很好的数据传输率。,36,（5）控制电路板 硬盘的控制电路位于硬盘背面，它包括主轴调速电路、磁头驱动与伺服定位电路、读写电路、控制与接口电路等。,37,5.3.3 硬盘驱动器的参数与主要性能指标,1.硬盘主要参数 （1）磁头数

18、 （2）柱面数 （3）每磁道扇区数 （4）交叉因子 （5）容量,38,5.3.3 硬盘驱动器的参数与主要性能指标,2.硬盘的性能指标 （1）容量: 磁盘容量指其所能存储的字节的总量。以GB为单位。 硬盘的容量一般表示为： 面数每面磁道数每磁道扇区数每扇区字节数（512Byte） 盘片数 （2）转速: 指硬盘内部电动机旋转的速度，它在很大程度上决定了硬盘的速度，同时也是区别硬盘档次的重要标志。转速越快，硬盘性能越好。目前硬盘的转速有5400、5600、6400、7200、10000、甚至15000转/分钟。 （3）平均搜索时间 是硬盘在收到索取数据的要求后，从硬盘中找到数据所在位置所需要的时间，

19、数字越低性能越好。 （4）缓冲区的大小: 缓存指的是硬盘上用来当作外部通道读取数据时的缓冲区。目前，硬盘的缓存已经在MB级上。缓冲区的基本作用是平衡内部与外部的DTR。为了减少主机的等待时间，硬盘会将读取的资料先存入缓冲区，等全部读完或缓冲区填满后再以接口速率快速向主机发送。 （5）接口标准,39,5.3.3 硬盘驱动器的参数与主要性能指标,（6）磁头与单碟容量 磁头是硬盘对盘片进行读写的工具，磁头技术的改进可以更进一步提高单碟容量。单碟容量的提高可以提高硬盘总容量、降低平均寻道时间，从而降低成本、提高性能。 （7）平均潜伏期（average latency）: 平均潜伏期是指当磁头移动到数据

20、所在的磁道后，等待所要的数据继续转动到磁头下的时间，单位为毫秒ms （8）道对道访问时间（single track seek） 磁头从一个磁道转移到另一磁道的时间，单位ms （9）全程访问时间（max full seek） 磁头开始移动到最后找到所需要的数据块所用的全部时间，单位ms （10）数据保护系统： 现在所有的硬盘都有自监测、分析、报告技术。 （11）数据传输率（DTR）: 硬盘的数据传输率分为内部数据传输率和外部数据传输率。 内部DTR是指磁头与硬盘缓冲区之间的数据传输率，一般取决于硬盘的盘片转速和盘片数据线密度。外部DTR是微机通过数据总线从硬盘内部缓冲区中读取数据的最高速率，它与

21、接口类型和缓存大小有关。,40,5.3.4硬盘的三种工作模式 1.Normal模式(普通模式) BOIS和IDE对硬盘参数不作任何转换,支持最大柱面数为1024,最大磁头数为16,最大扇区数为63,每个扇区的字节数为512,支持的最大硬盘容量为: 512*63*16*1024=528MB 2.LBA(逻辑块寻址模式) Logic Block Addressing, 由IDE控制器把柱面,磁头,扇区等参数确定的逻辑地址转换为实际的硬盘的物理地址. 支持的硬盘容量为: 528MB136.9GB 3. LARGE模式(大硬盘模式) 当柱面超过1024而不为LBA支持时,用此模式。其方法是把柱面数除以

22、2,而把磁头数乘以2,即使柱面数減少,但总容量不边. 支持的硬盘容量为: 528MB2.1GB,41,5.4 硬盘的选购,硬盘选购应考虑如下因素： 1.品牌 2.容量 3.转速 4.硬盘接口 5.速度 6.硬盘的稳定性 7.缓存容量 8.售后服务,42,实训,实训1 IDE接口硬盘驱动器的安装 1. 将硬盘固定在安装架上 水平放置时，电路面朝下，标签面向上,43,2. 连接硬盘数据线 80芯专用数据线如图所示。,44,先将IDE线的蓝色插头插在主板上的IDE1插座中，如左图所示。然后再将黑色IDE插头插到硬盘上的IDE插座中，如右图所示。,主板上IDE接口 连接硬盘数据线,45,3. 连接硬盘

23、电源线 将电源线D形插头与硬盘电源插座相连接，如图所示。,硬盘电源线的连接,46,实训2SATA接口硬盘的安装,SATA硬盘与IDE硬盘一样，需要连接数据线和电源线。SATA数据线为扁长形，直接连接主板上的相应接口即可，如图所示。,47,硬盘的生产厂商及编号,1、生产厂家 主要有： 迈拓(Maxtor) 三星(Samsung) 希捷(ST，Seagate) 昆腾(Quantum) 西部数据(WD),48,2、编号,、Seagate（希捷）公司 Seagate公司的硬盘其命名方式为： “首位+盘片尺寸+容量+盘片数+转速+接口类型” 例：Seagate酷鱼代IDE硬盘ST330630A为例 ST

24、：首位，希捷公司硬盘均用ST开头 3：盘片尺寸为3.5英寸 306：容量为30.6GB 3：盘片数为3片 0：表示为7200V/M（0以外为5400r/min) A：接口类型 A为ATA UDMA/66或UDMA/100（AG为笔记本专用、W、N为SCSI专用 ）,49,2、Maxtor（迈拓）公司 Maxtor公司的硬盘其命名方式为： “系列号+此系列硬盘最大容量+首位+容量+接口类型+磁头数” 例：金钻四代DiamondMax Plus40 53073U6 DiamondMax Plus：代表硬盘是金钻系列 40：代表此系列硬盘的最大容量为40GB 5：用于说明一段时间，最新的金钻系列硬盘都是5 3073：代表容量为30.7GB U：代表此硬盘的接口是Ultra DMA/66(D为Ultra DMA/33；A 为ATAUltra DMA/100) 6：代表此硬盘的磁头数,50, 硬盘的日常维护 1、防震 硬盘工作时，严禁搬运和震动 。 2、防尘 开盖维修时，应在洁净室进行操作。 3、防潮 4、防高温 5、防磁场 尽可能地远离磁场，以免硬盘里的数据因磁化而丢失。 6、防静电 7、防病毒 8、切忌在硬盘工作时断电 注意面板上的硬盘指示灯，确保硬盘完成读、写之后才关机。 9、要定期整理硬盘,51,