第五章 外部存储设备

计算机组装与维护教程第五章外部存储设备•硬盘硬盘的结构、硬盘工作原理硬盘的性能参数硬盘的选购硬盘常见故障与维修•软盘驱动器系统软盘的外观、发展、工作原理、容量、特点•光存储系统CD-ROM驱动器与光盘工作原理、驱动器规格、选购与维护刻录机的工作原理、性能指标与选购DVD-ROM的分类、特点、物理结构与规格•移动存储设备5.1硬盘5.1.1硬盘结构和工作原理(以台式机3.5in硬盘为例)1、硬盘的外部结构：如图5-1所示：接口：电源接口—硬盘和电源相连，为硬盘提供电力保证。数据接口—硬盘和主板控制芯片之间进行数据交换的通道，如IDE、SATA、SCSI接口等。控制电路板：贴片式元件焊接外壳：实际是硬盘的面板，标注产品的型号、产地、设置数据等，与底板结合成一个密封的整体，保证硬盘盘片和机构的稳定运行。2、硬盘的内部结构：硬盘的内部结构如图5-2所示：马达磁头组件—读写磁头、传动手臂、传动轴组成磁头发展—亚铁盐类磁头、MIG磁头、薄膜磁头、MR磁头(磁阻磁头，感应写、磁阻读)、GMR磁头磁头驱动电路—直接控制寻道电机，使磁头定位；盘片—硬盘存储数据的载体，金属薄膜材料，逻辑上是由磁道tracks、扇区sectors、柱面cylinders、磁头head组成。主轴组件—主要由轴承和马达组成主轴调速电路—控制主轴电机带动盘体以恒定速率转动的电路；读写电路—控制磁头进行读写操作。ROM芯片—硬盘初始化，执行加电和启动主轴电机，加电初始化寻道、定位及故障检测等。RAM芯片—2MB/8MB前置控制电路—控制磁头感应的信号、主轴电机速度、磁头驱动和伺服定位等。３、硬盘的工作原理（１）盘片：是将磁粉附着在铝合金（玻璃）圆盘片的表面，这些磁粉被划分成若干个同心圆，在每个同心圆的磁道上好象有无数的任意排列的小磁铁，他们分别代表着０和１。当小磁铁受到来自磁头的磁力影响时，则排列的方向会随着发生改变。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存储信息。（２）磁头：硬盘的磁头用来读取或修改盘片上磁性物质的状态，一般来说，每个磁面上有一个磁头，从最上面开始编号为０。磁头在停止工作时，与磁盘是接触的，但在工作时呈飞行状态。磁头在盘片的着陆区接触式启停方式，着陆区不存放任何数据。读取数据时，盘片高速旋转，因空气动力学设计，磁头离盘片数据区0.2um－0.5um。（３）HDD工作原理工作原理：5.1.2硬盘的性能参数1、容量：单位：MB或GB影响硬盘容量因素：单碟容量和碟片数量，目前单碟容量可500GB，碟片数=5张2、转速：概念：指硬盘内电机主轴的转动速度单位：RPM（RoundPerMinutes）大小：主流是7200RPM3、数据传输率：（1）内部数据传输率：概念：是磁头到硬盘的高速缓存之间的数据传输速度；重要性和影响因素：是硬盘整体性能的关键，与硬盘的盘片转速和盘片数据线密度有关；单位：mpbs。（2）外部数据传输率：概念：是指从硬盘缓存读取数据的速度；影响因素：与硬盘接口有关；单位：MB/S；大小：IDE接口硬盘最大速度为130MB/S，SATA接口硬盘最大速度为150MB/S。4、缓存：作用：提高硬盘存取速度大小：2MB/8MB/16MB/32MB5、磁道、磁头数、柱面数和扇区数：（1）磁头数：将磁电进行转换，一般有1个磁头（2）柱面数：各面上磁道号相同的磁道合起来，称为一个柱面(Cylinder)6、平均寻道时间：概念：指磁头从得到指令到寻找到数据所在磁道中间的时间大小：7.5ms~14ms（９ms）7、接口类型：IDE接口：并口，主要是家用PC机，80pin，长度为=0.4米SATA接口：串口，是目前市场硬盘主流接口，7pin线长可达1米（2001年Intel、APT、Dell、IBM、ST、Mator确立SATA1.0规范，速度为150Mbps；2002年确立SATA2.0规范速度为300Mbps）SCSI接口：主要用于服务器光纤接口FC：高端服务器5.1.3硬盘的选购1、认识硬盘的品牌：市场上硬盘主要厂商有：Maxtor(迈拓)、Seagate(希捷)、WD(西部数据)、Samsung、Hitachi(日立)。2、注意硬盘的性能参数：如：硬盘容量、转速(7200RPM)、缓存大小(8MB)、质保时间、接口类型(SATA接口)。3、硬盘编号识别：[实例1]：编号为ST3120026AS硬盘参数含义[实例2]：WD硬盘：“WD+容量+转速和缓存+接口”例：硬盘编号为WD1800JB的含义。WD：表示西部数据硬盘；1800：表示容量，一般由3或4位组成，后面一个“0”不看；J：表示表示转速及缓存容量。A代表5400RPM、2MB缓存；B代表7200RPM、2MB缓存；J代表7200RPM、8MB缓存；G代表1000RPM、8MB缓存.B：表示外部接口，A代表UltraATA66，B代表UltraATA100，D代表SATA150接口。例：硬盘编号为WD5000AAKB的含义。容量－500G，接口－IDE，转速－7200rpm缓寸容量－16MB[实例3]：日立硬盘：“HDS/P/T+转速+系列的最大容量+该产品容量+产品系列代码+硬盘高度+接口类型+缓存”。例：日立7K250系列“HDS722525VLAT80”，7200RPM／分，最大容量为250GB和总容量为250GB的硬盘，高1英寸，采用的是UltraATA100接口并拥有8MB缓存。4、硬盘的测试：目前硬盘的测试软件主要有：PCMark05和SiSoftSandra是硬盘整体性能测试软件HDDScan用来检查硬盘坏道HDTune用来检测硬盘的健康状态此外还有Ziff-Davis、Winbench、FCTest和HD-Tach等5.1.4硬盘常见故障与维修1、硬盘故障的几种表现形式：在Windows初始化时死机；能进入Windows，但运行程序出错，同时运行磁盘扫描也不能通过，经常在扫描时候缓慢、甚至死机；在BIOS中突然无法识别硬盘病毒故障2、故障实例与解决方法：[实例1]：在开机后发现物理硬盘丢失故障分析与处理：首先检查硬盘电源线是否连接；其次检查硬盘数据线是否连接或松脱；最后检查CMOS中关于硬盘参数类型是否设置错误。[实例2]：不能正常引导操作系统故障分析与处理：此类故障一般为软件故障，本质上是硬盘的主引导扇区、系统引导扇区或操作系统程序被破坏。破坏的原因可能是系统软件的，也可能是硬盘盘面被划伤引起的。[实例3]：不能正常运行某些应用软件故障分析与处理：此类故障一般为软件故障，可能该软件的部分文件或运行环境被破坏，也有可能是硬盘盘面划伤造成的。在排除硬件故障后，对文件进行检测和修复。[实例4]：一块硬盘无法进行分区，进行磁盘扫描程序时也不能通过。故障分析与处理：估计应该是硬盘存在坏道造成的。如果坏道现象不严重，可通过PartitionMagic软件将其屏蔽，如果坏道较多，建议更换硬盘。如果坏道较多，建议更换硬盘。[实例5]：一块硬盘在进行分区，使用formatC;/S命令格式化硬盘后，用硬盘启动电脑时出现“InvalidSpecification”的提示。故障分析与处理：应该是对硬盘进行分区时没有激活硬盘的主分区造成的。只需要使用DOS系统盘启动电脑后，重新运行FDISK命令，激活硬盘的主分区即可。3、硬盘的保养：硬盘在工作时不要频繁地开关机防止灰尘进入要防止温度过高在硬盘工作时不要移动硬盘避免静电的危害5.2软盘驱动系统１、软盘外观：如下图5-3所示：２、软盘发展：(1)1967年IBM的阿兰·舒加特（AlanShugart）发明，软盘驱动器使用8英寸磁盘（diskdiskette）5.25英寸(360KB)3.5in(1.44MB)(2)1981年8月用在第一台IBM个人电脑上图5-3软盘3、工作原理：4、容量：(1)公式：容量＝磁道*扇区*512byte(2)计算：3.5in(1.44MB)的软盘容量计算1.44MB=80*18*512byte5、特点：容量太小，速度太慢，安全性（因易损坏）差5.3光存储系统5.3.1CD-ROM驱动器1、光驱的结构：(1)CD-ROM驱动器一般由激光头组件、机械传动组件、灵敏字信号处理系统及接口、面板控制系统等部分组成。其外观结构如下图5-4所示：(2)激光头构成：激光发生器、半反光棱镜、物镜和光电二极管。(3)光驱背面结构如下图5-5所示：2、CD-ROM驱动器的工作原理：当激光头读取盘片上的数据时，从激光发生器发出的激光透过半反射棱镜，汇聚在物镜上，物镜将激光聚焦成为极细的光点并打到光盘上。则光盘上的反射物质就会将照射过来的光线反射回去，透过物镜再照射到半反射棱镜，经过反射棱镜，到达光电二极管上面。由于光盘表面以突起不平的点来记录数据的，所以凸起的部分大部分的光被反射回来，而凹下去的部分无法将激光反射回去，就形成了０和１信号，发光二极管接受到０或１排列的数据后，最终将它们解析成需要的数据信号。其图5-5光驱背面接口工作原理如下图5-6所示：图5-6光驱的工作原理3、CD-ROM驱动器的技术规格：(1)数据传输率：是指从光驱中读取的数据量与所需时间的比值，单位KB/s，是光驱最基本的性能指标。如单倍速光驱传输率为150KB/S,目前主流是52倍速光驱的数据传输率达到了7800KB/S。(2)平均存取时间：是指从CPU向光驱发出数据读取指令到光驱寻找到光盘上数据所在位置所需要的时间，一般的CD-ROM其平均存取时间在150ms以下。(3)数据缓冲区：是光驱内部的存储区，能减少读盘次数，提高数据传输率。目前CD-ROM一般集成有256KB或512KB的缓存。(4)容错能力：光驱在读取数据时根据数据类型自动调整读取速度，以达到容错纠错的目的。4、光驱的选购：接口类型：目前主要是IDE接口数据传输率：目前主要是52倍速数据缓冲区的大小：目前主要是256KB或512KB的缓存兼容性和价格：选择兼容性好的光驱5、光驱常见故障与维修：（1）光驱的维护，一般应注意下面几点：注意不要让光驱受到撞击、震荡，因为光驱的激光头是非常脆弱的。要用专门的清洗盘定期清洗光驱。必须注意防尘。不用时，不要把光盘放在光驱中，以减少光驱的磨损。（2）实例[实例1]：开机检测不到光驱。故障分析与处理：先检查光驱的电源线和数据线连接是否完好；再检查光驱跳线设置是否正确；如这些都正常则可能是数据线本身损坏，更换即可。[实例2]：不能进出盒或进出盒不顺畅。故障分析与处理：可能是进出盒电机插针接触不良或电机烧坏；也可能是进出盒机结构中的传动带松动，将其更换即可。5.3.2刻录机1、刻录机工作原理：CD-R又称为光盘写录器，是一次性写入可重复读取的光驱，它刻录的光盘可由CD-ROM使用，在刻录时由刻录软件处理数据然后写入光盘片中。写盘时通过写数据控制电路将数字信号调制到激光束里，并利用激光产生的高温，在盘面刻录层上烧蚀出信号凹坑，这种刻录方式只能进行一次写操作，一旦完成就不能再刻录。随着刻录光驱和盘片的价格不断下降，已逐渐成为微机系统中的常用设备。2、CD-RW（CD-ReWritable）光驱是可重复刻录的光驱，即可反复录制或删除录制到光盘中的数据。3、光盘刻录机的性能指标：（1）速度：常用的速度格式：写X擦X读如8X24X32（22x）（2）接口方式：主要有IDE、SCSI、USB等（3）缓存容量：2MB或8MB（4）放置方式：内置式还是外置式（5）盘片的兼容性：应包括CD-RW和CD-R4、刻录机的选购：(1)生产商：如LG、Samsung、Sony、Phlips等(2)技术规格：刻录机速度(22x)、缓存容量大小(2MB/8MB)、接口规格等。(3)盘片的选购：金盘：使用酞菁(Phthalocyanine)有机染料，主要制作公司有Kodak(柯达)、MitsuiToatsu(三井)绿盘：使用花菁(Cyanine)有机燃料，怕强光，主要制作公司有