第7章 硬盘
计算机组成原理第七章
磁记录原理
磁性材料的物理特性 磁表面存储器的读写原理
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读操作：当磁头经过载磁体的磁化元时，由于磁头铁芯 读操作：当磁头经过载磁体的磁化元时， 是良好的导磁材料， 是良好的导磁材料，磁化元的磁力线很容易通过磁头而 形成闭合磁通回路。 形成闭合磁通回路。不同极性的磁化元在铁芯里的方向 是不同的。 是不同的。 写操作：当写线圈中通过一定方向的脉冲电流时， 写操作：当写线圈中通过一定方向的脉冲电流时，铁芯 内就产生一定方向的磁通。 内就产生一定方向的磁通。
磁表面存储
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用某些磁性材料薄薄地涂在金属铝或塑料表面作载磁体 存储信息 优点
存储容量大， 存储容量大，位价格低 记录介质可以重复使用 记录信息可以长期保存而不丢失 非破坏性读出， 非破坏性读出，读出时不需要再生信息
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缺点
存取速度慢，机械结构复杂， 存取速度慢，机械结构复杂，对工作环境要求高
通常用作辅助大容量存储器使用
磁盘存储器的技术指标
采用定长数据块格式， 【例题1解】：(4)采用定长数据块格式，直接寻址的最小单 例题 解 采用定长数据块格式 位是一个记录块(一个扇区 一个扇区)， 位是一个记录块 一个扇区 ，每个记录块记录固定字节数目 的信息，在定长记录的数据块中， 的信息，在定长记录的数据块中，活动头磁盘组的编址方式 可用如下格式： 可用如下格式：
第七章
外围设备
外围设备 磁记录原理 磁盘驱动器 磁盘控制器 磁盘存储器
教学要求
重点和难点
外围设备的一般功能 磁记录原理 磁盘的组成 磁盘驱动器和控制器 磁盘上的信息分布 磁盘存储器的技术指标
主要内容
外围设备概述 磁盘存储设备 磁盘存储设备的技术发展 磁带存储设备 光盘和磁光盘存储设备
第7章第7章文件管理作业题
第7章文件管理作业作业题题1在文件系统中，用户以_________方式直接使用外存。
A.逻辑地址B.逻辑地址C.名字空间D. 虚拟地址题2文件信息的逻辑块号到物理块号的变换是由______决定的。
A.逻辑结构B.页表C.物理结构D.分配算法题3文件系统实现按名存取主要是通过______来实现的。
A.查找位示图B. 查找文件目录C.查找作业表D.内存地址转换题4文件系统采用二级文件目录，主要是为_______。
A.缩短访问存储器的时间B实现文件共享C.节省内存空间D.解决不同用户间文件命名冲突题5磁盘上的文件是以______ 为单位读写的。
A块B记录C区段D页面题6文件索引表的主要内容包括关键字(记录号)和________。
A. 内存绝对地址B.记录相对位置C.记录所在的磁盘地址D. 记录逻辑地址题7有一磁盘组共有10个盘面，每个盘面上有100个磁道，每个磁道有16个扇区，假设分配以扇区为单位,若使用位示图管理磁盘空间,问位示图需要古用多少空间?若空白文件目录的每个表目占用5B。
问什么时候空白文件目录大于位示图?题8某文件系统为级目录结构，文件的数据一次性写入磁盘，已写入的文件不可修改，但可多次创建新文件。
请回答如下问题。
(1)在连续、链式、索引三种文件的数据块组织方式中，哪种更合适?要求说明理由。
为定位文件数据块,需要FCB中设计哪些相关描述字段?(2)为快速找到文件,对于FCB是集中存储好，还是与对应的文件数据块连续存储好?要求说明理由。
题9假定一个盘组共有100 个柱面，每个柱面上有8个磁道,每个盘面分成4个扇区,请回答如下问题。
（1）用位示图方法表示，位示图需占多少存储单元?（2）当有文件要存放到磁盘上时,用位示图方式应如何进行空间分配?（3）当要删除某文件时候，用位示图方式应如何进行？题10文件系统采用多重索引结构搜索文件内容。
设块长为512B,每个块号长3B，如果不考虑逻辑块号在物理块号中所占的位置，分别求二级索引和三级索引时可寻址的文件最大长度。
计算机操作系统第七章--磁盘调度
7.1.1磁盘性能简述
2.移动头磁盘 每个盘面配一个磁头，装入磁臂 中，为能访问该盘面上的所有磁道，该 磁头必须移动进行寻道。移动头磁盘只 能进行串行读/写，I/O速度较慢，但结 构简单，广泛地用于中、小型磁盘设备 中。在微机上配置的温盘(温彻斯特)和 软盘，都采用移动磁头结构，故本节主 要针对这类磁盘的I/O进行讨论。
7.1.3 各种扫描算法
N步SCAN算法是将磁盘请求队 列分成若干个长度为N的子队列，磁 盘调度将按FCFS算法依次处理这些 子队列。每处理一个队列时，又是 按SCAN算法，对一个队列处理完后 又处理其它队列，这样就可避免出 现粘着现象。
7.1.3 各种扫描算法
当N值取得很大时，会使N步扫描 算法的性能，接近于SCAN算法的性 能，当N=1时，N步SCAN算法退化 为FCFS算法。
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55 39
32
3 16
38
18
1
20
平均寻道长度：27.8
7.1.3 各种扫描算法
二、循环扫描CSCAN(Circular SCAN)单 向扫描 SCAN算法既能获得较好的性能， 又能访止进程饥饿，广泛用于大、中、 小型 机和网络中的磁盘调度。
7.1.3 各种扫描算法
问题：当磁头刚从里向外移动过 某一磁道时，恰有一进程请求访问 此磁道，这时该进程必须等待，待 磁头从里向外，然后再从外向里扫 描完所有要访问的磁道后，才处理 该进程的请求，致使该进程的请求 被严重地推迟。
7.1.3 各种扫描算法
被访问的下 一个磁道号 150 160 184 18 38 39 55 58 90 移动距离 (磁道数) 50 10 24 166 20 1 16 3 32
平均寻道长度：27.5
计算机组装和维护——第7章 软盘驱动器与软盘
第七章 软盘驱动器与软盘软盘驱动器作为计算机的磁存储设备之一，可对计算机进行输入/输出操作，其操作简单、方便。
而且配用的软盘价格低廉、使用很广泛，启动系统、文件存储等用起来都很方便。
软驱安装简易，不需要任何额外的驱动程序，只要插好线就可以使用。
（1）软盘驱动器的种类。
（2）软盘驱动器的结构和分类。
（3）软盘驱动器的性能指标。
（4）软盘的结构。
（5）软盘的性能指标。
第一节 软盘驱动器软盘驱动器（Floppy Diskette Drive ，FDD ）又叫软驱，是用来驱动软盘旋转，同时从软盘进行读数据和写数据的设备，软驱是计算机最基本的输入/输出设备，它使得计算机数据转移很方便，同时又是重要的系统启动设备。
一、软盘驱动器的种类软盘驱动器一般按其尺寸的大小可分为5.25英寸的大盘驱动器和3.5英寸的小盘驱动器，5.25英寸的软盘驱动器又可分为低密软驱和高密软驱两种。
图7.1.1 5.25英寸软盘驱动器1．5.25英寸低密软驱5.25英寸低密软驱的容量为360 KB ，该软盘驱动器是IBM PC 和IBM PC/TX 计算机系统的标准配置，在过去的286，386，486机型中能够经常见到，但是由于其容量太小，因此早已被淘汰，如图7.1.1所示。
2．5.25英寸高密软驱 5.25英寸高密软驱曾是IBM PC/AT 电脑系统的标准配置之一，并且也被用于286，386，486机型中，其使用的软磁盘存储容量为1.2 MB ，而且这种高密软驱可以兼容低密软驱的特性，可用来读写低密软盘，不过这种软驱也早已被淘汰。
计算机培训重点核心课程教材新编计算机组装与维护培训教程3．3.5英寸软驱这种软盘驱动器主要应用于PC/AT 电脑中，它用的是1.44 MB 容量的软盘。
与前两种软驱相比，3.5英寸软驱有体积小、容量大的特点。
软盘基本被封装在硬塑料盒中，抗挤压性好，且具有很好的防尘效果，并且盘片上的数据不易丢失。
这种软盘驱动器也是目前使用最为广泛的软驱，如图7.1.2所示。
第7章 多媒体数据存储技术
Multimedia Technology & Application
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只读光盘的读原理
光盘上的信息是沿着盘面螺旋形状的信息轨道 以一系列凹坑点线的形式存储的。激光束能在 1μs 内从1μm2 探测面积上获得满意的信噪比(S /N)。利用激光聚焦成亚微米级激光束对轨道上 模压形成的凹坑进行扫描，如下图所示。光束 扫描凹坑边缘时，反射率发生变化，表示二进 制数字“1”，在坑内或岸上均为二进制“0”数 字。
Multimedia Technology & Application
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7.2.1 存储卡
目前常用的存储卡有：
PCMCIA 存储卡 Compact Flash（CF）卡 Secure Card(SD)卡 Multimedia Card 多媒体卡 Memory Stick(记忆棒) 其他存储卡
HD DVD 单面单层容量为15GB，单面双层为30GB， 远低于蓝光光盘。
Multimedia Technology & Application
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7.2 可移动存储设备
可移动存储设备主要是用来在不同终端之间移动的存 储设备，方便资料存储与读取。我们常用的台式计算机、 便携式计算机、数码照相机、数码录像机、手机等电子 设备都可以使用可移动存储设备。
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蓝光光盘
蓝光光盘(Blu-ray Disc，BD)是DVD 之后的下一代光盘 格式之一，用以存储高品质的影音和高容量的资料。 最早是由Sony 和松下电器等企业组成的“蓝光光盘联 盟”策划的光盘规格，并以Sony 为首于2006 年开始全 面推动相关产品。
一个单层的蓝光光盘容量为25GB，而双层的蓝光光盘 容量为50GB。2010 年6 月指定的BDXL 格式，支持10 0GB 和128GB 的光盘。
高中信息技术 第7章Windows98中文版的课件
7.3 附件
• 7.3.1 记事本 • 7.3.2 画图程序 • 7.3.3 辅助工具
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7.3.1 记事本
• 记事本：
• 附件程序中的“记事本”是一个用于编 辑纯文本文件的编辑器。“记事本”没 有格式处理能力，不能处理诸如字体的 大小、类型、行距和字间距等格式。 “记事本”运行速度快、占用空间小， 在许多场合下（文本格式不重要时）是 一个很有用的实用程序。另外，以往在 下一页 文本界面下编辑的大多数文档都可以用
• （3）文件名中除去开头以外的任何地方都可以有 空格，但不能有下列符号：？ \ * “ < > | 。
• （4）Windows 98中文版保留用户指定的名字的 大小写格式，但不能利用大小写区别文件名。 • （5）当用户查找和排列文件时，可以使用通配符 “？”和“*”。
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7.1.3 浏览文件和文件夹
7.4.2 使用添加打印机向导添加一个 打印机
• （1）在打印机窗口中，双击添加打印机图标。 此时，“添加打印机向导”对话框出现。
• （2）单击“下一步”按钮。
• （3）如果正使用网络，则选择本地打印机或 者网络打印机，然后单击“下一步”按钮。
• （4）从“生产商”列表框中选定一个打印机。 这时向导在打印机列表框中显示一个打印机类 型列表
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7.1 文件和文件夹的管理
• • • • • 7.1.1 7.1.2 7.1.3 7.1.4 7.1.5 文件 文件的特性和类型 Windows 98 文件的命名 浏览文件和文件夹 管理文件和文件夹 使用“我的公文包”同步
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7.1.1 文件的特性和类型
• 1．文件的特性 • （1）文件名具有唯一性。 • （2）文件中可存放字母、数字、图片 和声音等各种信息。 • （3）文件具有可携带性。 • （4）文件又具有可修改性。 • （5）文件在软盘或硬盘中有其固定的 位置。
第七章 计算机常用工具软件的 介绍
② 单精度浮点性能测试：测试32bit复杂浮点运算，
7.1 系统测试——一分钟测试
单浮点运算，但由于测试简单运算的误差较大，而简单浮点 运算与复杂浮点运算的速度基本上成正比，所以最终软件 选用的是复杂运算测试，得到的”绝对速度”单位是M次/ 秒。缺省或者标准设臵下，本测试不使用3DNOW或SSE 浮点技术。 ③ 32bit内存传送性能：测试内存传输速度，这项测试得 到的”绝对速度”单位是MB/秒。 ④ 磁盘读写平均性能：测试硬盘速度，测试结果是读写 性能的平均值，单位是MB/秒。 ⑤ Direct Draw性能：缺省测试显卡在1024×768×16bit
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7.1 系统测试——一分钟测试
结果是综合得分，即”一分钟基准得分”或”一分钟 MARK”，它是一个相对于某个性能均衡的基本系统的相 对值，因而是十分直观的结果。例如一分钟MARK是2.00 的机器比一分钟MARK是1.00，总体感觉就是差不多快一 倍。 5.”一分钟测试”支持宽广的硬件平台范围，从”古老的” 奔腾到最新的奔腾IV甚至将来的硬件都可以顺利测试，因 而具有较长的生存周期。 6. 测试结果分析与升级建议能够给初级或非专业用户提供 有益的参考和帮助。 7. 多个测试选项能够满足高级用户更丰富的测试需求。
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7.1 系统测试——一分钟测试
(1) 开始测试
单击开始测试后，系统按照当前设定选项进行测试，测试完 毕后，如果当前选项设臵是标准测试，则显示当前系统的 一分钟测试基准得分，简称为”一分钟MARK”。测试完 毕之后，建议进入比较页比较成绩，并存储、更新测试数 据。 测试分为五项：
① 32bit整数运算性能测试：该测试大量运行32bit正整数 乘除法，得到的”绝对速度”单位是百万次/秒，写作M次 /秒。
第七章：存储系统
第七章：存储系统一、选择题1、外存储器与内存储器相比，外存储器( 速度慢，容量大，成本低)。
2、EPROM是指(光擦除可编程只读存储器)。
3、没有外存储器的计算机初始引导程序可以放在(ROM ) 。
4、存储单元是指(存放一个机器字的所有存贮元集合)。
5、主存储器是计算机系统中的记忆设备，它主要用来(存放数据和程序)。
6、软磁盘、硬磁盘、磁带机、光盘属于(外存储器)设备。
7、主存贮器和CPU之间增加cache的目的是(解决CPU和主存之间的速度匹配问题)。
8、采用虚拟存贮器的主要目的是(扩大主存贮器的存贮空间，并能进行自动管理和调度)。
9、单片机或单板机要扩展8K的EPROM需要（ 13）条地址线。
10、假设V1和V2是用DW定义的变量，下列指令中正确的是（ A ）。
A、MOV V1，20HB、MOV AL，V1C、MOV V1，V2D、MOV 2000H，V211.下列（ A ）指令不合法。
A、IN AX，0278HB、RCR DX，CLC、CMPSBD、RET 412.为了使MOV AX，VAR指令执行后，AX寄存器中的内容为4142H，数据定义（C ）是错误的。
A、VAR DW 4142H B、VAR DW 16706C、VAR DB 42H，41HD、VAR DW，‘AB’13.在下列指令中，隐含使用AL寄存器的指令有（ 4）条。
SCASB；XLAT；MOVSB；DAA；NOP；MUL BH；14.下列描述不正确的是（ A ）。
A.汇编语言即是机器语言B.汇编语言程序不可直接运行C.汇编语言的指令语句与机器指令一一对应D.汇编语言程序运行速度快，阅读方便，但仍属于面向机器的程序设计语言15.下列描述正确的是（ B ）。
A.汇编语言是由若干条指令语句构成B.汇编语言包括指令语句和伪指令语句C.指令语句和伪指令语句的格式是完全相同的D.指令语句和伪指令语句需经汇编语言翻译成机器代码后才能运行16.汇编语言程序经汇编后不能直接生成（ A ）。
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第7章硬盘驱动器
硬盘驱动器简称硬盘，是微机中最
常使用的外部存储设备，它具有比其他
外部存储器大得多的存储容量和快得多
的存取速度等优点。
硬盘的存储介质是
若干个钢性磁盘片，硬盘由此得名。
1
27.1 硬盘驱动器的分类
1．按盘径尺寸分类
目前的硬盘产品按内部盘径尺寸分为5.25in 、
3.5in 、2.5in 、1.8in 、1in 等几种。
3.5in 硬盘主要用在台式机中；2.5in 硬盘主要用在笔记本电脑中；1.8in 和1in 硬盘主要用在小型笔记本电脑、PDA 、MP3、CF 卡中，被称为微硬盘。
2．按接口类型分类
（1）IDE接口（ATA规范）
IDE是智能驱动设备（Intelligent Drive Electronics）或集成驱动设备（Integrated Drive Electronics）的缩写。
�IDE接口优点：价格低廉、易用兼容性非常好
�IDE接口缺点：速度慢、只能内置使用、对接口电缆的长度有很严格的限制
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初，IDE只是一项企图把控制器与盘体集成在一起为
随着IDE/EIDE得到的日益广泛的应用，全球标准化协议将该接口自诞生以来使用的技术规范归纳成为全球硬盘标准，这样就产生了ATA——Advanced Technology Attachment（高级技术附件）。
�（2）Serial ATA接口
PATA带状电缆，给设计人员
由于PATA有40个导体，而SATA只有7个，因此串绕
）的可能性更小；
，PATA为5伏，而SATA为250毫伏。
（3）SCSI接口
SCSI（Small Computer System Interface，小型计算机系统接口）最初是为小型机研制的一种接口技术，但随着计算机技术的发展，现在它被完全移植到了普通微机上。
（4）PCI-E接口
随着固态硬盘性能不断的提高，SATA 3Gbps接口已经难以发挥固态硬盘在传输速度上的优势，就出现了采用更高带宽的PCI-E接口的固态硬盘，例如PCI-E x4接口可以提供312.5MB/s×4=1.25GB/s的速率。
PCI-E接口固态硬盘的外观如图所示。
PCI-E接口固态硬盘的外观如图所示。
�3．按存储技术分类
�传统的硬盘采用IBM的温彻斯特（Winchester）技术。
�(1) 机械硬盘
�机械硬盘采用IBM的温彻斯特（Winchester）技术，主要是由一个或者多个铝制或者玻璃制的碟片组成，这些碟片外覆盖有铁磁性材料，被密封固定在硬盘外壳中，如图所示。
1956年9月，世界上第一块硬盘IBM350 RAMAC诞生。
该硬盘由50张24英寸大小的盘片组成，重量达50kg，容量仅有5MB，转速为1200RPM，磁记录密度只有几十kbit/平方英寸左右，而且工作的磁头与盘片直接接触，磨损问题阻碍了盘片旋转速度的提高。
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1968年Winchester技术被提出，硬盘走过了50年的历程，虽然硬盘技术上有很多的进步，衍生出了SCSI、IDE、SATA等多种不同的形式，那只是为了适应新的应用需要开发的不同接口而已，硬盘的结构依然没有超越Wenchester(温彻思特)技术的定义。
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2、固定并高速旋转的镀磁盘片表面平整光滑；
4、磁头对盘片接触式启停，但工作时呈飞行状态不与盘片直接接触,磁头悬浮在高速旋转的盘
�(2) 固态硬盘（Solid State Disk或Solid State Drive，简称SSD）
�(3) 混合硬盘(HHD: Hybrid Hard Disk，又称作固态混合硬盘(SSHD))
�把传统机械硬盘和固态硬盘集成到一起的一种硬盘。
7.2 硬盘驱动器的结构�7.2.1 机械硬盘的结构
�1．机械硬盘的外部结构
（1）数据接口
数据接口是硬盘数据和主板控制器之间进行
传输交换的纽带，根据连接方式的差异，分为IDE、SATA等接口。
IDE接口为40根针，数据线分40线和80线两种。
SATA硬盘使用7针端口。
�（2）电源接口
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。
：硬盘的固定盖板上标注有产品的型号、产地、设置数据等，它与底板结合成一个密封的整体，以保证硬盘盘片和机构的稳定运行。
产品，固定盖板和侧面都有安装孔，可以方便灵活
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�2．硬盘的内部结构
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盘片是将磁粉附着在铝合金（新材料也有用玻
这些磁粉被划分成称为磁道的若干个同心圆，在每个同心圆的磁道上就好像有无数的任意排列的小磁铁，它们分别代表着0和1的状态。
当这些小磁铁受到来自磁头的磁力影响时，其排列的方向会随之改变。
利用磁头的磁力控制指定的一些小磁铁方向，使每个小磁铁
都可以用来储存信息。
读取或者修改盘片上磁性物质的状态。
一般说来，每一个磁面都会有一个磁头，从最上面开始，从0开始编号。
磁头在停止工作时，与磁盘是接触的，但是在工作时呈飞行
工作时，盘片高速旋转，由于对磁头运动采取了精巧的空气动力学设计，此时磁头处于离盘面数据区0.1---0.3微米高度的”飞行状态“。
既不与盘面接触造成磨损，又能可靠的
读取和修改数据。
(3)柱面：
磁
头
步
进
电
机磁盘机接口
磁盘驱动器CPU
7.2.2 SSD固态硬盘
SSD（Solid State Disk）由控制单元和存储单元（FLASH芯片）组成，简单的说就是用固态电子存储芯片阵列而制成的硬盘。
其特别之处在于没有机械结构，利用传统的闪存特性，以区块写入和抹除的方式进行读取以及写入的动作。
实际上说得直白一些，SSD固态硬盘的使用形式与我们常见的U盘相差无几，只是在速度以及容量方面更加优于U盘。
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世界上第一款固态硬盘出现于1989年，不过由于其价格过于高昂因此在当时只限应用于非常特别的市场比如医疗、工作以及军用市场。
实际上虽然当时其1M大小的闪存换算下来的价格已经达到了3500美元，但是其性能却要远低于当时的普通硬盘产品，不过凭借其独有的特性却使得闪存硬盘在军用、航空以及医疗领域获得了长足的发展。
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中国第一款SSD已经由深圳亿正存储科技公司于2007年1月1日宣布研发完成，并可以大批量进行生产，而且读与写速度均大于100MB/S，高于市面上60 MB/S的速度。
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Smart Modular生产出世界同类产品中容量最大的SSD，达到了1.6TB容量，同时数据传输速度可以达到1GB/秒，硬盘规格为2.5寸。
在产品外形和尺寸上也完全与普通硬盘一
致，包括3.5"，2.5"，1.8"多种类型。
�1．固态硬盘的外部结构
�如图7-12所示是威刚X25-M 80G 固态硬盘的正面与背面。