辅存

外部存储器

辅存狭义上是我们平时讲的硬盘。科学地说是外部存储器（需要通过I/O系统与之交换数据，又称为辅助存储器）。

简介

存储容量大、成本低、存取速度慢，以及可以永久地脱机保存信息。主要包括磁表面存储器、软盘存储器、磁带存储设备、光盘存储设备。

磁表面存储器

磁表面存储器的优点为存储容量大、单位价格低、记录介质可以重复使用、记录信息可以长期保存而不丢失，甚至可以脱机存档、非破坏性读出，读出时不需要再生信息。当然，磁表面存储器也有缺点，主要是存取速度较慢，机械结构复杂，对工作环境要求较高。磁表面存储器由于存储容量大，单位成本低，多在计算机系统中作为辅助大容量存储器使用，用以存放系统软件、大型文件、数据库等大量程序与数据。

磁表面存储器又可分为磁带存储器和磁盘存储器两大类。磁带存储器是一种顺序存取的设备，存取时间较长，但存储容量大，便于携带，价格便宜，是一种主要的辅助存储器。磁带的内容由磁带机进行读写，按磁带机的读写方式分为启停式和数据流式两种。

磁盘存储器的主要指标包括存储密度、存储容量、存取时间及数据传输率。

· 存储密度。存储密度分道密度、位密度和面密度。道密度是指沿磁盘半径方向单位长度上的磁道数，单位为道/英寸。位密度是磁道单位长度上能记录的二进制代码位数。单位为位/英寸。面密度是位密度和道密度的乘积，单位为位/平方英寸。

· 存储容量。一个磁盘存储器所能存储的字节总数，称为磁盘存储器的存储容量。存储容量有格式化容量和非格式化容量之分。格式化容量是指按照某种特定的记录格式所能存储信息的总量，也就是用户可以真正使用的容量。非格式化容量是磁记录表面可以利用的磁化单元总数。将磁盘存储器用于共计算机系统中，必须首先进行格式化操作，然后才能供用户记录信息。格式化容量一般是非格式化容量的60%~70%。21世纪初期，3.5英寸的硬盘机容量可达2000 GB。

· 平均存取时间。存取时间是指从发出读写命令后。磁头从某一起始位置移动至新的记录位置，到开始从盘片表而读出或写入信息所需要的时间。这段时间由两个数值决定，一个是将磁头定位至所要求的磁道所需的时间，称为定位时间或寻道时间；另一个是寻道完成后至磁道上需要访问的信息到达磁头下的时间，称为等待时间，这两个时间都是随机变化的，因此往往使用平均值来表示。平均存取时间等于平均寻道时间与平均等待时间之和。平均寻道时间是最大寻道时间与最小寻道时间的平均值，21世纪初平均寻道时间为10 ms~20 ms。平均等待时间和磁盘转速有关，它用磁盘旋转一周所需时间的一半来表示。固定磁盘转速高达 15000转/分，故平均等待时间为5 ms。

· 数据传输率。磁盘存储器在单位时间内向主机传送数据的字节数，叫数据传输率，传输率与存储设备和主机接口逻辑有关。从主机接口逻辑考虑，应有足够快的传送速度向设备接收/发送信息。从存储设备考虑，假设磁盘旋转速度为n转/秒，每条磁道容量为N个字节，则数据传输率Dr=n N（Bps）。也可以写成Dr=D×v（Bps），其中D为位密度，v为磁盘旋转的线速度。21世纪初期磁盘存储器的数据传输率可达几十兆Bps。

软盘存储器

软磁盘存储器简称软盘，因为盘片是用类似于塑料薄膜唱片的柔性材料制成的。软磁盘存储器由软盘驱动器、软盘控制器、软磁盘片3大部分组成。

软磁盘存储器和硬磁盘存储器的存储原理和记录方式基本相同，但在结构和性能上存在一些差别。

· 硬盘转速高，每分钟可达15000转，存取速度快；软盘转速低，每分钟只有300转，存取速度慢。

· 硬盘有固定头、固定盘、盘组等结构；软盘都是活动头，是可换盘片结构。

· 硬盘是浮动磁头读写，磁头不接触盘片；软盘磁头是接触式读写。

· 硬盘系统及硬盘片价格都比较贵，大部分盘片不能互换；软盘造价低，盘片保管方便，使用灵活，且具有互换性。

· 硬盘对环境要求苛刻，要有超净措施；软盘则对环境要求不太严格。

按所用盘片尺寸不同，软磁盘机有5.25英寸、3.5英寸、2.5英寸等多种。从内部结构上来看，又可按使用的记录密度不同，分为双面双密度、双面高密度等多种。

软磁盘片的形状类似于普通薄膜唱片。使用时软磁盘连同保护套一起插入软磁盘机中，由驱动机构带动软磁盘片匀速转动（保护套不动），磁头通过槽孔和磁盘片上的记录区接触，读出或写入信息。

为了正确存储信息，必须将盘片划分成磁道和扇区，它们称作磁盘地址。这些信息必须写到盘片上，还要加上同步标志、校验信息、间隔等。这些信息一起构成磁盘的“软分段”信息。所谓“软分段”，就是以“索引孔”作为定位基准，将扇区的划分由通过软件写入的标志来实现。“索引孔”用来检测盘片的转速和划分盘片的扇区区段。当盘片上的小孔转到与塑料封套上小孔的位置相对时，软盘机上的传感元件可测得一个脉冲信号，作为盘片旋转一周的开始标志，以此作为扇区划分的起点。盘片在出厂前都要进行“预格式化”，即完成“软分段工作”。用户再根据不同的机型和操作系统，用格式化程序重新格式化（或叫初始化）。

注意，每条磁道上扇区数是相同的，但由于靠里面磁道的圆周长比外面磁道的圆周长小，而它们又要记录同样多的信息，所以里面磁道的位密度要比外面磁道的位密度高。每条磁道分成多少扇区，取决于记录格式。其次，磁道的地址是从外向里编号，最外面是0道，最里面是n道。5.25英寸盘有40条磁道和80条磁道两种，3.5英寸盘只有80条磁道1种。

一张双密度盘片相当于两张单密度盘片，单密度采用FM记录方式，双密度采用MFM记录方式。按记录面和密度的不同，8英寸软盘有4种形式：单面单密度（SS，SD）、双面单密度（DS，SD）、单面双密度（SS，DD）和双面双密度（DS，DD）。双密度软盘上都标有2D或DD标记。5.25英寸和3.5英寸软盘都是双面双密度和高密度（4倍密度，QD）。

软盘的磁头和盘面是接触式读写，寻址时不但有径向而且有周向的摩擦。一个盘片旋转106次以上时应考虑报废，以免超过规定的误码率。

软盘驱动器主要由驱动机构、磁头及定位机构、读写电路组成。软盘控制器解释来自主机的命令并向软盘驱动器发出各种控制信号，同时还要检测驱动器的状态，按规定的数据格式向驱动器读写数据。

磁带存储设备

磁带机的存储原理基本上与磁盘机相同，只是它的载磁体是一种带状塑料，叫做磁带。写入时可通过磁头把信息代码记录在磁带上。当记有代码的磁带在磁头下移动时，就在磁头线圈上感应出电动势，即可读出信息代码。磁带存储设备由磁带机和磁带两部分组成。

磁带有许多种，按带宽分有1/4英寸和1/2英寸；按带长分有2400英尺、1200英尺和600英尺；按外形分有开盘式磁带和盒式磁带；按记录密度分有800位/英寸、1600位/英寸、6250位/英寸；按带面并行记录的磁道数分有9道、16道等。计算机系统中多采用1/2英寸开盘磁带和1/4英寸盒式磁带，它们是标准磁带。

磁带机也有许多种。按磁带机规模分，有标准10英寸磁带机、盒式磁带机和海量宽磁带存储器。按磁带机走带速度分，有高速磁带机（4m/s~5m/s）、中速磁带机（2m/s~3m/s）和低速磁带机（2m/s以下）。磁带机的数据传输率为c=d×v，其中d为记录密度，v为走带速度。带速快则传输率高。按磁带的记录格式分，有启停式和数据流式。

磁带机为了寻找记录区，必须驱动磁带正走或反走，读写完毕又要使磁头停在两个记录区之间。因此要求磁带机在结构和电路上采取相应措施，以保证磁带以一定的速度平衡地运动和快速启停。

下面简要说明数据流磁带机的结构。数据流磁带机是将数据连续地写在磁带上，每个数据块间插入记录间隙，使磁带机在数据块间不启停。它用电子控制代替机械控制，从而简化了磁带机的结构，降低了成本，提高了可靠性。

数据流磁带机有1/2英寸开盘式和1/4英寸盒式两种。盒式磁带的结构类似于录音带和录像带，盒带内部装有供带盘和收带盘，磁带的长度主要有450英尺和600英尺两种，容量分别为45 MB和60 MB。

数据流磁带机的读写机构和启停式磁带机不同，后者是多位并行读写，而前者是类似于磁盘的串行读写方式，因而决定了两者的记录格式不同。

光盘存储设备

光盘采用聚焦激光束在盘式介质上非接触地记录高密度信息，以介质材料光学性质（如反射率、偏振方向）的变化来表示所存储信息的1或0。它的突出优点是，激光可聚焦到1 μm以下，从而记录的面密度可达到645 Mb/平方英寸，高于一般的磁记录水平。一张CD-ROM盘片的存储容量可达600 MB，相当于400多张1.44 MB的3.5英寸软盘片。光盘的缺点是存取时间长，数据传输率低。

按读写性质来分，光盘分为只读型、一次型、重写型3类。

· 只读型光盘

只读型光盘是厂商以高成本制作出母盘后大批重压制出来的光盘。这种模压式记录使光盘发生永久性物理变化，记录的信息只能读出，不能被修改。典型的产品如下。

► LD：俗称影碟，记录模拟视频和音频信息，可放映60分钟全带宽的PAL制电视。

► CD-DA：数字唱盘，记录数字化音频信息，可存储74分钟数字立体声信息。

► VCD：俗称小影碟，记录数字化视频和音频信息。可存储74分钟按MPEG1标准压缩编码的动态图像信息。

► DVD：数字视盘。单记录层容量为4.7 GB，可存储135分钟按MPEG2标准压缩编码的、相当于高清晰度电视的视频图像信息和音频信息。

► CD-ROM：主要用作计算机外存储器。可记录数字数据，也可同时记录数字化视频和音频信息。

· 一次型光盘

用户可以在这种光盘上记录信息，但记录信息会使介质的物理持性发生永久性变化，因此只能写一次。写后的信息不能再改变，只能读。典型产品是CD-R光盘。用户可在专用的CD-R刻录机上向空白的CD-R盘写入数据，制作好的CD-R光盘可放在CD-ROM驱动器中读出。

· 重写型光盘

用户可对这类光盘进行随机写入、擦除或重写信息。