第7章外部存储器
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硬盘是由多个存储碟片组合而成的，而单碟容量 就是一个存储碟所能存储的最大数据量。
通过两种手段增加硬盘容量：一个是增加存储碟片的 数量；另一个办法就是增加单碟容量。
位密度：磁道单位长度上所存储二进的个数 道密度：半径方向单位长度上的磁道个数 面密度：=位密度*道密度（Mb/平方英寸或
Gbit/平方英寸）
写“0” t，时间
第7章外部存储器
I，电流 写“1”
7.1.1 硬盘的发展
1956年，IBM发明世界上第一台硬盘（IBM350 RAMAC ） ,它相当于两个冰箱的体积
第7章外部存储器
7.1.1 硬盘的发展
1973年，IBM又发明了Winchester(温氏)硬盘（IMB3340）。其核心是： 磁盘片被密封、固定并且不停高速旋转，磁头悬浮于盘片上方沿磁盘径 向移动，并且不和盘片接触。后来的硬盘基本都沿用了这一结构。
第7章外部存储器
7.1.2 硬磁盘的性能指标
4. 高速缓存
第7章外部存储器
Biblioteka Baidu
7.1.1硬磁盘的结构与工作原理
1.硬磁盘的组成
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、前置读写 控制电路和接口 电路等。封装在 硬盘的净化腔体 内。
磁头传动 机构
磁头臂
安装孔
磁盘盘片 底座
读写磁头
第7章外部存储器
硬磁盘的组成
1)盘体 Media Media的基板是金属、玻璃或陶瓷材质制成，为达到高密
磁头(Head)：每个磁面有一个磁头进行读写，因此0磁面 也称为0磁头。
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。
第7章外部存储器
2. 磁道、扇区和柱面
第7章外部存储器
硬磁盘的组成
2)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0.1～0.3um， 这样可以获得很好的数据传输率。
在访问硬盘时，由硬盘控制器再将这种逻辑地址转换 为实际硬盘的物理地址
第7章外部存储器
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。
数据 扇区标志 扇区间隙
第7章外部存储器
7.1.2 硬磁盘的性能指标
1.容量
第7章外部存储器
7.1.2 硬磁盘的性能指标
2. 最大内部数据传输率
是指磁头至硬盘缓存间的最大数据传输率 包括磁头把数据从盘片读入缓存的速度，以及
磁头把数据从缓存写入盘片的速度。可用来评 价硬盘的读写速度和整体性能
3.转速
主轴转速是决定硬盘内部数据传输率的决定因 素之一，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。
第7章外部存储器
硬盘的数据传输接口
最常见的数据传输接口有PATA（IDE）、SATA、SCSI、 SAS、光纤五种，前两种接口方式主要应用在个人PC上， 后三种则主要使用在服务器领域。
第7章外部存储器
7.1 硬盘——磁道、扇区和柱面
外圈磁道 中圈 磁道
内圈 磁道
单个 扇区
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。
第7章外部存储器
7.1 硬盘系统
体积： 3.5英寸/半高(用于台式PC) 2.5英寸(用于笔记本PC) 1.8英寸微型(用于数码产品)
容量：10～40MB(8086/286) →100～500MB(386/486) →1～6TB(目前)
连续传输速率： 100KB/s →600MB/s 平均寻道时间： 12ms → 5ms 转速： 4200转/s → 15000转/s
第7章外部存储器
硬磁盘的组成
3)控制电路 硬盘的控制电路位于硬盘背面，将背面电路板的安装螺
丝拧下，翻开控制电路板即可见到控制电路。硬盘控制电路 分为：
• 硬盘主控制芯片：负 责数据交换和数据处 理。
• 缓存芯片：负责给数 据提供暂存空间，提 高硬盘的读写效率。
• 硬盘驱动芯片：负责 硬盘的马达以及主轴 马达的转动。
第七章 外部存储器
硬盘 移动存储器 光盘储存系统
第7章外部存储器
外部存储器概述
计算机存储器系统
reg、
计 cache、
算 机 存
内存 外
磁存 储器
储存 系
光存
统
储器
磁盘 磁带
软磁盘 硬磁盘 其他磁盘存储器
CD VCD CD-R ….
DVD DVD-R ….
外存的特点：
半导体 存储器
Flash电子 盘
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。
第7章外部存储器
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。
B，磁感应强度 H，磁场
度高稳定的质量，基板要求表面光滑平整，不可有任何暇疵， 然后再将磁粉Coating 溅渡到基板表面上，最后再涂上保护 润滑层。此处有2项高科技，一为，如何制造出不含杂质极 细微的磁粉;二为，如何将磁粉均匀的Coating上去.
Media不可有任何污染，全程制造均需在高洁净度的 Clean Room内，这也是硬盘机要求需在Class 100的 Clean Room才能拆解的原因。
第7章外部存储器
2. 磁道、扇区和柱面
硬盘上的一个物理记录块要用三个参数来定位：
柱面号C、扇区号S、磁头号H。 硬盘容量=柱面数×磁头数×扇区数×512字节
逻辑区块位址(Logical Block Address, LBA) 是描述电脑储存设备上资料所在扇区的通用机 制。
LBA是非常单纯的一种寻址模式﹔从0开始编号来定位 扇区，第一扇区LBA=0，第二扇区LBA=1，依此类推。 这种寻址模式取代了原先操作系统必须面对储存设备 硬件构造的方式。
通过两种手段增加硬盘容量：一个是增加存储碟片的 数量；另一个办法就是增加单碟容量。
位密度：磁道单位长度上所存储二进的个数 道密度：半径方向单位长度上的磁道个数 面密度：=位密度*道密度（Mb/平方英寸或
Gbit/平方英寸）
写“0” t，时间
第7章外部存储器
I，电流 写“1”
7.1.1 硬盘的发展
1956年，IBM发明世界上第一台硬盘（IBM350 RAMAC ） ,它相当于两个冰箱的体积
第7章外部存储器
7.1.1 硬盘的发展
1973年，IBM又发明了Winchester(温氏)硬盘（IMB3340）。其核心是： 磁盘片被密封、固定并且不停高速旋转，磁头悬浮于盘片上方沿磁盘径 向移动，并且不和盘片接触。后来的硬盘基本都沿用了这一结构。
第7章外部存储器
7.1.2 硬磁盘的性能指标
4. 高速缓存
第7章外部存储器
Biblioteka Baidu
7.1.1硬磁盘的结构与工作原理
1.硬磁盘的组成
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、前置读写 控制电路和接口 电路等。封装在 硬盘的净化腔体 内。
磁头传动 机构
磁头臂
安装孔
磁盘盘片 底座
读写磁头
第7章外部存储器
硬磁盘的组成
1)盘体 Media Media的基板是金属、玻璃或陶瓷材质制成，为达到高密
磁头(Head)：每个磁面有一个磁头进行读写，因此0磁面 也称为0磁头。
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。
第7章外部存储器
2. 磁道、扇区和柱面
第7章外部存储器
硬磁盘的组成
2)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0.1～0.3um， 这样可以获得很好的数据传输率。
在访问硬盘时，由硬盘控制器再将这种逻辑地址转换 为实际硬盘的物理地址
第7章外部存储器
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。
数据 扇区标志 扇区间隙
第7章外部存储器
7.1.2 硬磁盘的性能指标
1.容量
第7章外部存储器
7.1.2 硬磁盘的性能指标
2. 最大内部数据传输率
是指磁头至硬盘缓存间的最大数据传输率 包括磁头把数据从盘片读入缓存的速度，以及
磁头把数据从缓存写入盘片的速度。可用来评 价硬盘的读写速度和整体性能
3.转速
主轴转速是决定硬盘内部数据传输率的决定因 素之一，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。
第7章外部存储器
硬盘的数据传输接口
最常见的数据传输接口有PATA（IDE）、SATA、SCSI、 SAS、光纤五种，前两种接口方式主要应用在个人PC上， 后三种则主要使用在服务器领域。
第7章外部存储器
7.1 硬盘——磁道、扇区和柱面
外圈磁道 中圈 磁道
内圈 磁道
单个 扇区
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。
第7章外部存储器
7.1 硬盘系统
体积： 3.5英寸/半高(用于台式PC) 2.5英寸(用于笔记本PC) 1.8英寸微型(用于数码产品)
容量：10～40MB(8086/286) →100～500MB(386/486) →1～6TB(目前)
连续传输速率： 100KB/s →600MB/s 平均寻道时间： 12ms → 5ms 转速： 4200转/s → 15000转/s
第7章外部存储器
硬磁盘的组成
3)控制电路 硬盘的控制电路位于硬盘背面，将背面电路板的安装螺
丝拧下，翻开控制电路板即可见到控制电路。硬盘控制电路 分为：
• 硬盘主控制芯片：负 责数据交换和数据处 理。
• 缓存芯片：负责给数 据提供暂存空间，提 高硬盘的读写效率。
• 硬盘驱动芯片：负责 硬盘的马达以及主轴 马达的转动。
第七章 外部存储器
硬盘 移动存储器 光盘储存系统
第7章外部存储器
外部存储器概述
计算机存储器系统
reg、
计 cache、
算 机 存
内存 外
磁存 储器
储存 系
光存
统
储器
磁盘 磁带
软磁盘 硬磁盘 其他磁盘存储器
CD VCD CD-R ….
DVD DVD-R ….
外存的特点：
半导体 存储器
Flash电子 盘
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。
第7章外部存储器
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。
B，磁感应强度 H，磁场
度高稳定的质量，基板要求表面光滑平整，不可有任何暇疵， 然后再将磁粉Coating 溅渡到基板表面上，最后再涂上保护 润滑层。此处有2项高科技，一为，如何制造出不含杂质极 细微的磁粉;二为，如何将磁粉均匀的Coating上去.
Media不可有任何污染，全程制造均需在高洁净度的 Clean Room内，这也是硬盘机要求需在Class 100的 Clean Room才能拆解的原因。
第7章外部存储器
2. 磁道、扇区和柱面
硬盘上的一个物理记录块要用三个参数来定位：
柱面号C、扇区号S、磁头号H。 硬盘容量=柱面数×磁头数×扇区数×512字节
逻辑区块位址(Logical Block Address, LBA) 是描述电脑储存设备上资料所在扇区的通用机 制。
LBA是非常单纯的一种寻址模式﹔从0开始编号来定位 扇区，第一扇区LBA=0，第二扇区LBA=1，依此类推。 这种寻址模式取代了原先操作系统必须面对储存设备 硬件构造的方式。