7.3 外部存储设备（课件）-《计算机原理》(电工版第五版) 同步精品课堂

计算机原理 -第33课时- 电工版第五版 外部存储设备 教学目标 了解外部存储设备的分类和作用 掌握磁表面存储原理、硬磁盘存储器、光盘存储器和固态盘存储器的工作原理和特点 熟悉硬磁盘存储器的常用术语和接口标准 教学重难点 磁表面存储的读 / 写原理 磁表面存储原理、硬磁盘存储器的工作原理和常用术语、各类外部存储设备的特点 硬磁盘存储器的性能指标计算 让我们一起开启单片机的学习之旅。 导入新课 同学们，在计算机系统中，内存的容量是有限的，为了存储更多的数据和程序，我们就需要用到外部存储设备 大家平时都用过哪些外部存储设备呢？ 这些设备又是如何工作的呢？ 今天我们就一起来学习外部存储设备的相关知识。 新知讲授 随着新材料和新工艺的应用，其性价比不断提高，高速度、大容量的外部存储设备得到广泛使用。 常见的外部存储设备有磁表面存储设备（如硬盘、软盘、磁带）、光盘存储器和固态盘存储器等。 外部存储设备概述 新知讲授 磁表面存储器的存储介质是一层极薄的矩磁材料薄膜，依附在磁盘、磁带和磁卡等载体上。根据载体性质分为软性载体和硬性载体。 磁表面存储原理 —— 磁头和磁记录介质 磁头是实现信息读 / 写的部件，通过电磁转换写入信息，通过磁电转换读出信息。 常用的磁性材料有金属软磁材料和铁氧体，硬盘中广泛采用 “薄膜” 磁头，具有体积小、质量轻等优点。 新知讲授 读出时，已存入信息的介质经过磁头下方，磁化区使磁通流经介质与磁头形成闭合回路，转变区会在线圈中产生感应电势，根据感应电势判定介质磁化状况，读出信息。 磁表面存储原理 —— 读 原理 新知讲授 写入时，按编码方法将信息转换成磁化电流通入磁头线圈，使磁头下方局部区域磁化，留下剩磁存储信息。 磁表面存储原理 —— 写原理 新知讲授 温彻斯特技术于 1968 年提出，1973 年首次应用于 IBM 3340 型磁盘机。其基本特征包括采用组合件消除机械变动因素、密封防尘结构、小体积轻质量磁头和润滑磁盘、薄高性能磁盘媒体、读 / 写集成电路靠近磁头安装等，提高了磁盘机的性能价格比。 硬盘的发展简史 IBM 3340 型磁盘机 新知讲授 组成：磁盘主要由碟片、机械手臂、磁头与主轴马达所组成，数据其实写在碟片上面。 硬磁盘存储器 新知讲授 硬磁盘存储器 组成 作用 圆形碟片 记录数据 机械手臂 可擦写碟片上的数据 主轴马达 转动碟片，让机械手臂的磁头在碟片上读写数据 扇区 最小的物理存储单位，目前有512B和4KB两种格式，目前分区的组成单位 柱面 所有碟片的同一磁道形成的，早期分区以它为组成单位 新知讲授 硬磁盘存储器 —— 磁盘、磁道、扇区 新知讲授 一条磁道可存储几十千字节数据，常划分为若干数据块。 硬磁盘存储器 —— 常用术语（数据块 / 扇区） 新知讲授 硬磁盘存储器 —— 常用术语（柱面） 盘面、柱面 新知讲授 硬磁盘存储器接口标准——IDE 接口 IDE接口本意是将“硬盘控制器”与“盘体”集成在一起的硬盘驱动器，实现了高度集成的存储解决方案。 接口定义与集成方式 但数据传输慢、不支持热插拔，随着技术演进现已全部退出历史舞台。 局限性及发展 IDE接口价格低廉、兼容性强、性价比高，适用于早期个人计算机和低成本设备。 优势特点 常见2.5英寸IDE硬盘接口，早期的ATA-1类型已被淘汰，其后发展出ATA、Ultra ATA等接口。 常见类型与规格 新知讲授 硬磁盘存储器接口标准 - SCSI 接口 SCSI接口并非专门为硬盘设计，是广泛应用于小型机的高速数据传输技术。 接口特性 具有应用范围广、多任务、带宽大、CPU占用率低、热插拔等优点。 技术优势 但价格较高，主要应用于中、高端服务器和高档工作站。 应用领域 新知讲授 硬磁盘存储器接口标准 - SATA 接口 具有结构简单、布线方便的优点，同时支持热插拔功能，便于用户在不关机状态下更换硬盘。 结构优势与热插拔支持 SATA接口的硬盘又称串口硬盘，是如今微型计算机硬盘的主流，采用先进的串行连接技术取代传统并行接口。 接口定义与市场地位 具备更强的纠错能力，能对传输指令进行检查并自动矫正，显著提高了数据传输的可靠性，减少错误率。 纠错能力与可靠性 02 01 03 新知讲授 硬磁盘存储器接口标准 - SAS 接口 SAS接口即串行连接SCSI接口，是新一代SCSI技术。和SATA接口一样采用串行技术获得更高传输速度，缩短连接线改善内部空间。 接口定义与特性 传输速率比SATA快很多，设计目的是改善存储系统的效能、可用性和扩充性，并提供与SATA硬盘的兼容性。 性能优势 新知讲授 硬磁盘存储器 ——IO访问时间 新知讲授 硬磁盘存储器 ——平均访问时间 新知讲授 光盘是以光信息做为存储的载体并用来存储数据的一种存储器。 分为不可擦写光盘(如 CD-ROM 、DVD-ROM 等)和可擦写光盘，(如 CD-RW 、DVD-RAM 等)。 光盘存储器概述 新知讲授 写入数据：激光在光盘表面加热某些区域，改变其物理特性，形成坑和哑光区的结构。常见的写入方式有物理刻录和激光烧录。 读取数据：通过读取激光反射回来的光信号强度变化，转换为数字数据。坑和哑光区反射光的不同强度对应于二进制的1和0。 光盘存储器——存储原理 新知讲授 固态硬盘（SSD）基于闪存芯片（如NAND）存储数据，通过电荷控制实现电子信号读写，无机械部件。主流接口包括SATA和NVMe（PCIe协议）。 特点：完全电子化，抗震性强，体积更小。 固态盘存储器 - 基础认知与核心特点 新知讲授 SATA 固态硬盘适用场景 SATA 接口的技术已经很成熟了，稳定性比一些新接口的硬盘更好，而且大厂的 SATA 硬盘质保时间长，适合用来装系统、存重要数据，不用担心出问题。 比如要存大量照片、视频、资料的设计师、学生党，1TB 或 2TB 的 SATA 硬盘价格亲民，容量又够大，用来当 “仓库盘” 存数据，性价比比 NVMe 硬盘高很多。 如果新装机预算不多，日常只是办公、看视频、玩点小游戏（比如 LOL、原神低画质），SATA 硬盘完全够用，省下的钱可以花在显卡、内存上，提升整体体验。 如果你有一台用了好几年的笔记本或台式机，想让它变快，又不想换整机，SATA 硬盘是最佳选择 —— 兼容性好，不用改硬件，花几百块就能让电脑 “重获新生”。 老电脑升级用户 预算有限的小白用户 需要大容量存储的用户 追求稳定耐用的用户 04 03 02 01 随堂检测1 简述磁表面存储的读 / 写原理。 【答案】写入：记录介质与磁头相对运动，磁化电流通入磁头线圈产生磁通，使磁头下方区域磁化，有剩磁。改变电流方向，磁化方向改变。读出：已存信息的介质经过磁头，磁化区产生磁通回路，转变区使线圈产生感应电势，根据电势判定信息。 简述固态盘存储器的特点和优势。 【答案】 特点：半导体电路组成的可移动非易失性存储器，无盘片、磁头和转动机构，存储单元以块编址。 优势：访问速度比磁盘快千倍，功耗低、无噪声、质量轻、抗振动，能承受恶劣环境，速度接近主存且容量接近磁盘。 练一练 随堂检测2 硬盘的平均寻道时间随硬盘容量的增加而增加。（ ） 答案：× 解析：硬盘平均寻道时间往往随容量增加而减少，该说法错误。 固态盘存储器的速度接近主存而容量接近磁盘。（ ） 答案：√ 解析：固态盘用半导体技术，速度接近主存，容量接近磁盘，该说法正确。 练一练 随堂检测3 磁表面存储的载体根据形状可分为（ ） A. 磁盘、磁带和磁卡 B. 软性载体和硬性载体 C. 塑料和铝合金 D. 铁氧体和坡莫合金 【答案】A 【解析】按形状分，磁表面存储载体有磁盘、磁带和磁卡；按性质分有软性和硬性载体，故选 A。 练一练 随堂检测4 硬盘中广泛采用的 “薄膜” 磁头的优点不包括（ ） A. 体积小 B. 质量轻 C. 高频性能差 D. 尺寸精确 【答案】C 【解析】“薄膜” 磁头体积小、质量轻、尺寸精确、高频性能好，重量仅为常规磁头几十分之一，高频性能差不是优点，选 C。 练一练 师生互动 1 请同学们分组讨论，在选择外部存储设备时，应该考虑哪些因素？如果要为一台高性能的游戏电脑选择存储设备，应该如何选择？ 课题小结 1. 磁表面存储原理 外部存储设备 2. 硬磁盘存储器 温彻斯特技术 常用术语 磁头和磁记录介质 读 / 写原理 光盘存储器 固态盘存储器 3. 光盘存储器与固态盘存储器 谢谢观看 THANKS $