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第四章 辅助存储设备 保存数据和信息

计算机导论 (4). 第四章 辅助存储设备 保存数据和信息. Chapter 4 Storage Hardware Preserving Data & Information. 莆田学院现代教育技术中心 2003 年 12 月. 本章主要内容 Key Questions. 4.1 辅助存储设备概述 主存储器和辅助存储器有何区别？基本文件类型有哪些 ? 4.2 磁带存储器 数据在磁带上如何保存？ 4.3 软盘存储器 软磁盘有哪些主要特性？ 4.4 硬盘 硬盘有哪些主要特性和类型 ?. 本章主要内容 Key Questions. 4.5 光盘

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第四章 辅助存储设备 保存数据和信息

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  1. 计算机导论(4) 第四章 辅助存储设备保存数据和信息 Chapter 4 Storage Hardware Preserving Data & Information 莆田学院现代教育技术中心 2003年12月

  2. 本章主要内容Key Questions • 4.1 辅助存储设备概述 主存储器和辅助存储器有何区别？基本文件类型有哪些? • 4.2 磁带存储器 数据在磁带上如何保存？ • 4.3 软盘存储器 软磁盘有哪些主要特性？ • 4.4 硬盘 硬盘有哪些主要特性和类型? 莆田学院现代教育技术中心 2003年12月

  3. 本章主要内容Key Questions • 4.5 光盘 什么是光盘?如何使用光盘? • 4.6 备份的重要性 计算机用户为何需要进行数据备份？ • 4.7 其他类型的辅助存储设备 什么是闪存？ 莆田学院现代教育技术中心 2003年12月

  4. 莆田学院现代教育技术中心 2003年12月

  5. 4.1 辅助存储设备概述Storage Fundamentals

  6. 为什么要使用辅助存储器?P4.2 • 计算机工作时,所使用的程序和数据都必须存放在主存储器(RAM)中。 • RAM中存储的信息断电时将全部消失。 • 为此计算机必须为用户提供能永久性地（直到被删除）保存程序和数据的辅助存储器，如软盘和硬盘。 • 可以把辅助存储器比作某种有抽屉橱柜，主存储器好比工作桌面。 • 辅助存储器的存储容量同样可以用KB、MB、GB等表示。 莆田学院现代教育技术中心 2003年12月

  7. 文件类型 • 程序文件 源程序文件 用高级程序设计语言编写的文件 可执行文件 .exe 和 .com文件 安装文件 setup.exe（Windows文件夹中） install.exe（MS-DOS命令状态下） • 数据文件 存放数据，而非程序 • ASCII文件 .txt (典型文件名) • 图像文件 .bmp .jpg .gif(典型文件名) • 音频和视频文件 .wav .mid .mpg .avi 等 莆田学院现代教育技术中心 2003年12月

  8. 4.2 磁带存储器Tape Storage 莆田学院现代教育技术中心 2003年12月

  9. 磁带存储器 • 主要用于大型计算机系统——数据备份。 • 主要优点：存储容量大，存储成本低。微型计算机用的规格为1/4英寸盒式磁带可以存储多达20GB的数据。使用2～3英寸带盒的DAT (数字音频磁带)存储容量为2～24 GB。 • 主要缺点：顺序存取，存取不便且速度不高。 莆田学院现代教育技术中心 2003年12月

  10. 4.3 软盘存储器Diskette Storage

  11. 软盘与软盘驱动器 • 软盘是一种常见的外部存储器 • 软盘驱动器是软盘的存取设备 莆田学院现代教育技术中心 2003年12月

  12. 软盘结构 莆田学院现代教育技术中心 2003年12月

  13. 软磁盘有哪些主要特性？P4.10 • 磁道和扇区 (Tracks and sectors) • 未格式化盘和已格式化盘 (Unformatted versus formatted diskettes) • 存储容量 (Data capacity) • 写保护特性 (Write-protect features) 莆田学院现代教育技术中心 2003年12月

  14. 磁道和扇区 • 软盘格式化后被分成若干个磁道，每个磁道又分为若干个扇区，每个扇区存储512个字节。 莆田学院现代教育技术中心 2003年12月

  15. 磁道 (tracks) • 磁道是一组同心圆，一个磁道大约有零点几个毫米的宽度，数据就存储在这些磁道上。 一个1.44M的软盘，它有80个磁道，每个磁道有18个扇区，两面都可以存储数据。我们能这样计算它的容量： 80×18×2×512≈1440K≈1.44M。 莆田学院现代教育技术中心 2003年12月

  16. 扇区 (sectors) • 一个磁道上可以容纳数KB的数据，而主机读写时往往并不需要一次读写那么多，于是，磁道又被划分成若干段，每段称为一个扇区(Sector)。一个扇区一般存放512字节的数据。扇区也需要编号，同一磁道中的扇区，分别称为1扇区，2扇区…… 莆田学院现代教育技术中心 2003年12月

  17. 软盘驱动器工作过程 • 马达带动软盘的盘片转动，转速大概为每分钟300转，磁头定位器是一个很小的步进马达，它负责把磁头移动到正确的磁道，由磁头完成读写操作。 莆田学院现代教育技术中心 2003年12月

  18. 软盘的存储容量 • 早期：5-¼“盘 1.2MB • 现在：3-½"盘 1.44MB 莆田学院现代教育技术中心 2003年12月

  19. 3.5”软盘结构图 莆田学院现代教育技术中心 2003年12月

  20. 打开方孔 启用写保护 关上方孔 取消写保护 写保护特性 • 软盘提供了一种简单的写保护方法，3寸盘是靠一个方块来实现的， 拔下去，打开方孔就是写保护了。写保护是个非常有用的功能，可防止误写操作，也避免病毒对它的侵害。 • 反之就是取消写保护，这时可以往文件里面写入数据，或修改盘上文件。 莆田学院现代教育技术中心 2003年12月

  21. 软盘格式化 • 新的软盘在使用前，都要被以一定方式“格式化”(format)，格式化后的磁盘才可以存储数据。所谓“格式化”就是在软盘上按一定标准划分出所谓“磁道”和“扇区”。比如常规情况下，一张3.5英寸软盘格式化容量为1.44M，它的每一面被划分成80磁道（同心圆），每磁道18扇区。数据被存放在这些磁道扇区上，在读取数据时，也会以这些磁道扇区为基准进行检索。 • 现在市场上购买的软盘一般都是预格式化过(preformatted)。 • 软盘格式化后，盘上所有数据将被全部清除。 莆田学院现代教育技术中心 2003年12月

  22. 格式化方法 • MS-DOS状态下 format a: • Windows桌面“我的电脑”窗口中 在A盘图标上按鼠标右键，选取“格式化”菜单项。 莆田学院现代教育技术中心 2003年12月

  23. “钥匙盘”:似乎很神秘… • 一般情况下，相同格式化后的磁盘间的数据可以相互拷贝，因此，也就容易发生软件被非法使用的情况。 • 许多软件（如全国计算机等级考试软件）安装或运行时需要在软驱中插入专门的“钥匙盘”。你可以很轻易地把这张盘复制到另外一张3.5英寸软盘上，但复制盘却不能运行。同样，如KILL、瑞星等杀毒软件也是如此。这就是因为拷贝程序不能把原盘上的那些校验信息拷走的缘故。因此，这些软件厂商通过钥匙盘的方式减少了非法使用。 莆田学院现代教育技术中心 2003年12月

  24. “钥匙盘”的秘密 • 钥匙盘在磁盘上创建并使用了非标准的磁道或扇区，并且在这些特殊位置上存放了一些特别信息，甚至在盘片上用激光打出特定的标志点。这样在软件运行时，程序会驱动磁头寻找特殊磁道扇区或标志点，并读取校验那些特别信息，如果正确，程序才可以继续运行。显然，这些位置是隐蔽的，不能被一般的拷贝软件复制，否则就没有意义。 • 不过，钥匙盘挡住了普通用户的复制行为，对于程序高手却是小菜一碟。由于软盘结构简单，加上钥匙盘加密技术已经广为流传，所以一些破解者对付钥匙盘早已触类旁通，他们可以通过磁盘工具静态分析磁盘上的特殊位置并复制，也可以动态跟踪程序读写检验动作，分析加密点。更有甚者，他们编写针对某类钥匙盘的仿真程序，运行这个程序，就可以在另一张空白盘上模拟出假的钥匙盘来，结果，使得采用钥匙盘加密的商家深受其害。 莆田学院现代教育技术中心 2003年12月

  25. 使用软盘应注意什么？ • 软盘的优点是价格低廉，贮存和携带方便。重要和机密的数据可以脱机保存。 • 软盘本身具有的一些天生弱点，除了存储容量小，还有速度低、易磁化、易潮霉、易折损等缺点。在使用软盘时，需要注意：不要划伤盘片，盘片不能变形、不能受高温、不能受潮、不要靠近磁性物质等等。 • 使用大容量闪速存储器且小巧玲珑的“优盘”有取代软盘的趋势，所以有人说“闪存是软驱终结者”。 莆田学院现代教育技术中心 2003年12月

  26. 4.4 硬盘Hard Disks 莆田学院现代教育技术中心 2003年12月

  27. 硬盘的组织结构 P4.13图4.8 硬盘 盘片 • 硬盘的结构： 硬盘的结构和软盘差不多，是由 • 磁道(Tracks) • 扇区(Sectors) • 柱面(Cylinders) • 磁头(Heads) 组成的。 读写磁头 电机转轴 莆田学院现代教育技术中心 2003年12月

  28. 硬盘的接口类型 硬盘的接口类型主要分为EIDE和SCSI两种。 　 早期的EIDE接口硬盘采用了PIO Mode 4模式，其传输速率可以达到16.6MB／s，后来由于采用了UltraDMA／33(或称ATA－4)技术，传输速率一下子提高到了33.3MB／s。如今主流的新一代Ultra DMA／66接口硬盘，其接口界面已经获得了Intel与世界八大主要个人电脑制造商以及全部硬盘制造商的支持，数据传输率比UltraDMA／33翻了一倍，达66MB／s。而更高的Ultra DMA／100和Ultra DMA／166目前也已经在酝酿之中。 SCSI接口硬盘的基本数据传输率是20MB／s(8bit,50线)。在应用了Ultra WIDE标准后，其传输速率可以达到40MB／s；采用Ultra2 WIDE SCSI标准后，其传输速率还可以升至80MB／s(16bit,68线)；而采用Ultra 160／m SCSI标准接口后，其传输速度更可以飙升到160MB／s。另外，目前还有一种采用FC－AL光纤通道接口的硬盘，其传输速率可以达到100MB／s的数据传输率。 莆田学院现代教育技术中心 2003年12月

  29. EIDE接口 • EIDE-”增强型智能磁盘设备” • 通过扁平电缆将硬盘或光驱连接到个人计算机上 • 最多可连接四个硬盘(或光盘) • 结构简单,价格较低 莆田学院现代教育技术中心 2003年12月

  30. SCSI接口 • 用于MAC计算机和高档PC机(主要是服务器) • 可串接7～15个外设 • 数据传输率高 • 价格较高 莆田学院现代教育技术中心 2003年12月

  31. 硬盘：0磁道损坏 • 盘片最外圈的磁道为第0磁道，存放所谓“硬盘主引导记录”(硬盘本身的管理程序）。0磁道损坏，将使硬盘无法使用。 • 如何修复? ftp://172.16.96.10/文件夹 《计算机导论》课件 《图解：用DE修复0磁道损坏硬盘.htm》等 莆田学院现代教育技术中心 2003年12月

  32. 右视图 跳线设置处 硬盘跳线：主盘和从盘 • 通常情况下，一台计算机只能有一个硬盘作为启动盘（主盘）。硬盘出厂时默认设置为主盘状态。 • 使用多个硬盘时，必须通过硬盘上的跳线设置，规定所用硬盘在计算机系统中作为主盘（可作启动盘）或仅作为从盘使用。 莆田学院现代教育技术中心 2003年12月

  33. 跳线设置 硬盘跳线设置 • PK：当这个跳线短接时，磁头被固定在安全位置，防止运输过程中磁头的移动。 • CS：此方式利用经过特殊处理的数据线来设定主盘和副盘，第28根数据线为选择线，有则为主盘，无则为副盘，这种方法很少见。 • DS：当这个跳线短接时，硬盘作为主盘 (Master)。 • SP：当这个跳线短接时，硬盘作为副盘 (Slave)。 莆田学院现代教育技术中心 2003年12月

  34. 使用硬盘应注意什么? • 硬盘盘片表面极为精细，与磁头的间距极其微小。当盘片开始高速转动后，会带动周围的空气产生气流成为“阻尼”效应，使得磁头可以浮起来，磁头就是靠这气流浮在盘片上，很细微的灰尘也会将其划伤。正因为如此，硬碟很怕震动，更怕摔了，一旦稍微用力的震动，就可能会造成磁头与碟片碰触，磨损碟片，轻则造成此部分硬盘永远无法读写任何资料，重则整个硬盘报废。所以，硬盘是电脑中最小气的部件之一，一个很小的磕碰或是震动，就可能让它报销掉，我们在移动硬盘的时候必须非常小心。 • 因此，硬盘的盘片、磁头、定位机构、空气过滤器等均被密封在空气洁净度极高的盘腔内，所以用户在任何时候都不要自己拆卸硬盘，打开盘腔（除非打算报废硬盘）。 莆田学院现代教育技术中心 2003年12月

  35. 4.5 光盘Optical Disks 莆田学院现代教育技术中心 2003年12月

  36. 光存储技术概述 • 当个人电脑还刚为普及时，信息的交换往往都是通过软盘来实现，也就是我们所熟悉的 3.5 英寸盘以及 5.25 英寸盘。这两个存储介质的容量相当小，前者为1.44MB，后者为1.2MB。虽然对于当时，这个容量已经绰绰有余。它的另一个弊端就是，两者的数据可靠性都很低，其坏损率相当高，可能放在软驱读读盘都会发生错误。而进入90年代，随着电脑技术的发展以及信息交流量的爆炸性增长。软盘已经逐步面临被淘汰的境地。人们迫切希望于大容量存储解决方案，这时候，光存储设备/介质进入了我们的世界当中。 • 目前我们接触到的光存储设备有CD-ROM、CD-R/RW、DVD-ROM、DVD-RW、DVD-RW、DVD-RAM以及COMBO等。 莆田学院现代教育技术中心 2003年12月

  37. CD-ROM光盘 • 最常见的光盘是CD-ROM。一张CD-ROM光盘的最大存储容量约为650M，74分钟的高质量视频/音频文件，相当于460多张软盘的存储容量。 • CD-ROM是“只读光盘”，所谓“只读”是指盘上的信息是在制盘时制作上去的，不能由用户写入或擦除。 莆田学院现代教育技术中心 2003年12月

  38. CD-ROM Drive（光驱） • 大部分个人计算机都内置有光驱。 • 从最初的单倍速CD -ROM光驱问世以来，CD-ROM光驱已经有十多年的历史，目前最为普遍的已经是52X（52倍速)的了。 “52X”表示光驱最大读盘速度是52“倍速”。 1倍速=150k/s 莆田学院现代教育技术中心 2003年12月

  39. CD-ROM的工作原理 光驱从盘片螺旋磁轨的一个个“槽”中读写数据。“槽” 位于金属层内，是光盘中储存信息的地方。光驱在读盘时从盘片的里圈到外圈，以一束波长为780纳米的红外线激光，通过透明的光学层并照射反射金属层。 莆田学院现代教育技术中心 2003年12月

  40. “槽”和“平台” • 金属层中，在“槽”的周围部分，叫作“平台” 。反射的光经过棱镜到光学传感器，其输出的光必须等同于其受到的光。从“槽”所反射的光和“平台”的光相差180度的相位。 莆田学院现代教育技术中心 2003年12月

  41. CD-R：一次性刻录光盘 • CD-R使用了有机染料层来代替CD-ROM中的铝制薄片。这些染料都是有机感光混合物。 • 一台CD-R刻录机在有机染料层中利用775～795纳米的激光烧出“槽”。当加热到临界温度时，被烧录过的区域产生了化学反应可以反射光，而没有烧录过的区域则无法反射。当在CD-ROM进行读取操作时，CD-ROM就以光的反射来判断读数。 莆田学院现代教育技术中心 2003年12月

  42. CD-RW ：可反复刻录的光盘 • CD-RW在结构和CD-ROM以及CD-R是基本相同，所不同的就是，为了可以反复擦写，其材料上有了明显的不同。CD-RW的记录层象三明治一样被两层电介质层夹在中间，电介质层的作用就在写操作时，吸收从相位改变层所额外的热量。在CD-R盘片有机染料记录层的位置上，CD-RW使用一层混合银、铟、锑以及碲的晶体混合物。这种混合物有着相当特殊的性质——在不同的温度下可以形成不同的物理性质，结晶体和非结晶体——当进行刻录和复写时，CD-RW刻录机就发射不同的激光，让晶体混合物转换状态，达到重复刻写。 莆田学院现代教育技术中心 2003年12月

  43. CD-RW结构 莆田学院现代教育技术中心 2003年12月

  44. DVD-ROM：超高容量的CD-ROM • DVD是一种新型的存储标准，全称Digital Versatile Disc（数字通用光盘），是由10家厂商所组成的DVD联盟所制定的海量存储解决方案。 • 从电脑的角度讲，DVD就是高容量的CD-ROM，故此又称为DVD-ROM。CD-ROM的最大存储容量是650M，而现有的三种DVD规格都大大超过这个容量。单面单层型：4.7GB；双面单层型：8.5GB；双面双层型：17GB（532分钟的高清晰度电影）。 莆田学院现代教育技术中心 2003年12月

  45. 不仅是容量…… • 理论上来讲，单倍速CD－ROM的传输速率是150KB/s，而DVD－ROM的1x则是1358KB/s。 • 由于DVD-ROM可以根据盘片的不同而产生不同的激光波长，所以DVD-ROM是可以兼容CD-ROM的。 莆田学院现代教育技术中心 2003年12月

  46. DVD驱动器 莆田学院现代教育技术中心 2003年12月

  47. DVD-RAM：可刻录的DVD • 是一种可擦写的DVD格式。由东芝、松下以及日立三家推出。 • 随着“康宝”等产品的推出，市场份额逐步被压缩。濒临淘汰。 莆田学院现代教育技术中心 2003年12月

  48. 康宝:多了刻录功能的DVD-ROM • COMBO DRIVES，即“康宝”，是指集CD-ROM、DVD-ROM、刻录机（CD-RW）三者为一体的一种新型光盘驱动器，在功能方面，它既能读CD-ROM光盘，又能读DVD-ROM光驱，甚至还可以刻录CD-R和CD-RW光盘。正因为它具那么多的功能，不少厂商称之为全能光盘驱动器。 • 随着三星COMBO成功后是众多厂商的跟进，各种品牌的COMBO在短短半年时间里如雨后春笋般应允而生。包括LG、BenQ、飞利浦、源兴、大白鲨等品牌先后进入市场。如今，COMBO从最初的16X已经发展到40X甚至48X。 莆田学院现代教育技术中心 2003年12月

  49. 康宝示例：三星 SM-348B/8MB 莆田学院现代教育技术中心 2003年12月

  50. 康宝示例：三星 SM-348B/8MB • 接口类型：ATAPI/EIDE • DVD-ROM读取速度：16X • CD-ROM读取速度：48X • CD-R刻录速度：48X • CD-RW擦写速度：24X • 缓存区容量：8MB 莆田学院现代教育技术中心 2003年12月

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