一、计算机基础5外部存储器

5外部存储器许文杰五外部存储器本章要点计算机硬盘的结构计算机硬盘的性能指标光驱的工作原理、内部结构和维护DVD的优点及分类CD-RW的选购及软驱的种类五外部存储器计算机的磁存储设备主要有软盘系统、光盘系统和硬盘系统等，是目前计算机上配置的最重要的外部存储器，特别是硬盘，具有容量大、数据存取速度快等特点，是各种计算机保存程序、数据的必不可少的存储设备。外部存储器的作用是长时间保护或永久保存数据。五外部存储器5.1外部存储器硬盘存储器简称硬盘，是微机中广泛使用的外部存储设备。它具有比软盘大得多的存储容量和快得多的存取速度。硬盘的盘片在驱动器内部，不可拿出硬盘一般都安装在主机箱内部，用户无法从外观上看到。硬盘的生产过程是在无尘工厂中进行的，磁盘和磁头全部密封在铁皮盒子中，因此它在出厂之前其容量就已经固定了。由于硬盘密封在金属盒中，防潮、防霉、防灰尘性能好，如果使用得当，硬盘上的数据可保存数年之久。五外部存储器5.1.1硬盘使用技术1956年，美国IBM公司制造出世界上第一块容量为5MB的硬盘（IBM350RAMAC），共使用了50个直径为24英寸的磁盘。1968年由IBM公司提出“温彻斯特”技术。1973年IBM公司制造出第一台采用“温彻斯特”技术的硬盘，容量为640MB。“温彻斯特”技术是指硬盘内部是真空的、磁头悬浮、密封高速旋转、磁头沿盘片径向移动。五外部存储器5.1.2硬盘的结构1、硬盘的外部结构⑴电源接口：电源接口与主机电源相连，作用是为硬盘正常工作提供电力保证。⑵数据接口：数据接口是硬盘数据和主板控制器之间进行数据传输交换的纽带，根据连接方式的差异，分为IDE接口、SCSI接口和SATA接口。⑶跳线插针：在硬盘电源接口旁有一个8针或9针的跳线，是用来设置硬盘的主从。主要应用于IDE接口硬盘。⑷密封式金属外壳：主要是为了防止灰尘进入硬盘内。⑸逻辑电路板：安装在盘体的下方，上面裸露着控制芯片、电阻等电子元件，有利于散热。散热对硬盘的稳定运行非常重要。五外部存储器数据线电源线数源线电源线跳线SCSI接口左上图为SATA接口硬盘，右上图为IDE接口硬盘，下图为SCSI接口硬盘五外部存储器酷鱼120G五外部存储器2、硬盘的内部结构硬盘的内部结构由磁头组件、磁头驱动机构、盘片及主轴驱动机构、前置读写控制电路等几大部分组成，而磁头组件是构成硬盘的核心，封装在硬盘的净化腔体内。空气过滤片主轴音圈马达永磁铁磁头臂磁头磁盘五外部存储器⑴磁头组件浮动磁头组件由读写磁头、传动手臂、传动轴三部分组成。当加电后磁头与磁盘表面之间有0.1～0.3um的间隙，这样可以获得很好的数据传输率。音圈电机读写磁头传动杆传动轴五外部存储器⑵磁头驱动机构磁头驱动机构由音圈电机和磁头驱动小车组成，新型大容量硬盘还具有高效的防震动机构。五外部存储器⑶盘片和主轴组件盘片是硬盘存储数据的载体，现在的盘片大都采用金属薄膜磁盘，这种金属薄膜磁盘具有更高的记录密度。硬盘由多个盘片组成，单片分别有0面和1面；盘片上的每一个同心圆为一个磁道，最外面为0道；每一个磁道又分为多个扇区，每个扇区都是512字节；每个盘片的相同磁道形成柱面。磁头静止不动的地方称为“着陆区”；硬盘的容量一般表示为：面数×每面磁道数×每磁道扇区数×每扇区字节数五外部存储器柱面0柱面1柱面2柱面0号读写头1号读写头2号读写头3号读写头扇区0面1面2面3面五外部存储器主轴组件包括轴瓦和驱动电机等。驱动电机又可分为滚珠轴承电机和液态轴承电机两种。滚珠轴承马达工作时温度高，噪声大，磨损严重，转速相对较慢，但价格较低。液态轴承马达以解决了滚珠轴承马达上的问题同时还有很好的抗震能力，使硬盘寿命延长。五外部存储器⑷前置控制电路前置控制电路控制磁头感应的信号、主轴电机调速、磁头驱动和伺服定位等。由于磁头读取的信号微弱，所以，将放大电路密封在腔体内可减少外来信号的干扰和提高操作指令的准确性。五外部存储器五外部存储器5.1.3硬盘的性能指标1、硬盘的转速转速是指硬盘碟片转动的速度，其单位为r/min(转/分钟)硬盘的马达直接快定了硬盘的转速。从理论上讲，硬盘的转速越快越好，因为较高的硬盘转速可以极大地缩短硬盘的平均寻道时间和实际读写时间。但是，硬盘的高转速给硬盘的负面影响就是转速越快，硬盘表面的发热量越大，如果再加上机箱散热不佳和其它周边散热过多的原因，很可能造成机器运行不稳定。五外部存储器2．平均寻道时间平均寻道时间是指硬盘磁头移动到数据所在磁道时所用的时间，单位为毫秒(ms)。3．平均潜伏期平均潜伏期是指当磁头移动到数据所在的磁道后，等待所要的数据继续转动到磁头下的时间，单位为ms五外部存储器4、平均访问时间又称平均存取时间，是指从读/写指令发出到第一笔数据读/写时所用的平均时间，包括了平均寻道时间、平均潜伏期与相关的内务操作时间（如指令处理）。5、数据传输率单位为MB/s(兆字节每秒，又称MBPS)或Mbits/s(兆位每秒，又称Mbps)。DTR分为最大(Maximum)与持续(Sustained)两个指标，根据数据交接方的不同又分外部与内部数据传输率。内部DTR是指磁头与缓冲区之间的数据传输率，外部DTR是指缓冲区与主机(即内存)之间的数据传输率。五外部存储器6、缓冲区容量很多人也称之为缓存（Cache）容量，单位为MB。缓冲区的基本作用是平衡内部与外部的DTR。为了减少主机的等待时间，硬盘会将读取的资料先存入缓冲区，等全部读完或缓冲区填满后再以接口速率快速向主机发送。7、噪音与温度（Noise&Temperature）这两个属于非性能指标。五外部存储器5.1.4常见硬盘接口及标准术语1、IDEIDE的英文全称为“IntegratedDriveElectronics”，即“电子集成驱动器”，它的本意是指把“硬盘控制器”与“盘体”集成在一起的硬盘驱动器。时至今日这一接口技术仍在不断地发展，并且仍是PC机中硬盘接口中的绝对主流，随着其接口技术的飞速发展，引入了许多新技术，使这一IDE接口标准得到了质的飞跃，通常不再以IDE标称，而是以诸如ATA、UltraATA、DMA、UltraDMA等标注。IDE接口经历过ATA、ATA33、ATA66、ATA100、ATA133等几种速度规格，后面的数字可以标明这种接口的传输速率，比如ATA100接口就可以达到100MB/s的速度。五外部存储器五外部存储器五外部存储器2、SATASATA（串行）接口为新一代硬盘传输规范。五外部存储器SATA（串行）与IDE（并行）传输接口相比，SATA拥有更多的技术优势。⑴.高数据传输率第一代SerialATA的数据传输率为150MB/s，而在已经发布的SerialATA2.0和SerialATA3.0规范中将达到最高300MB/s及600MB/s的传输率。⑵.无需复杂设置在并行硬盘的时代主板上的一个IDE接口上同时可以安装两个IDE硬盘，这时就必须设置主/从（Master/Slave）选项。但是SATA接口使用点对点传输协议，也就是说每个通信道都只能单独安装一个设备，并且独享带宽，这种工作模式在实际应用中更容易被管理。五外部存储器⑶.支持热拔插功能SATA接口是允许进行热拔插的。就好像我们现在用的移动硬盘一样。⑷.数据线可以更长传统的IDE接口为40针结构，其线缆的长度被限制在了45cm之内。而SATA数据线采用点对点传输，最长距离可以扩展到1米以上。五外部存储器⑸.接口注重人性化IDE接口在连接时用户必须区分数据线安装时的反正。SATA硬盘则采用了L形接口，根本不存在接反的可能。但SATA接口线缆设计有先天缺陷，L形的接口不允许用户多次拔插，否则就会引发接触不良的问题。五外部存储器3、SCSISCSI(SmallComputerSystemInterface，小型计算机系统接口)接口是一种系统级接口，一条SCSI总线最多可以连接15块硬盘五外部存储器5.1.5硬盘技术硬盘所采用的技术，目前主要包括3个方面，一是磁头技术；二是防震技术；三是数据保护技术。随着各大制造厂商的技术竞争，目前这3个方面的技术要点也逐渐走向融合。1、磁头技术其原理：磁阻元件连着一个十分敏感的放大器，可以测出微小的电阻变化。2、防震技术（SPS）其原理：分散外来的冲击能量，尽量避免硬盘的磁头和盘片之间的意外撞击。能够承受1500g或更高的冲击力。五外部存储器3、数据保护技术⑴.S.M.A.R.T技术⑵.数据卫士⑶.DPS（数据保护系统）：⑷.MaxSafe技术：五外部存储器5.1.6硬盘的生产厂商及编号1、生产厂家主要有：迈拓(Maxtor)三星(Samsung)希捷(ST，Seagate)昆腾(Quantum)西部数据(WD)五外部存储器2、编号⑴、Seagate（希捷）公司Seagate公司的硬盘其命名方式为：“首位+盘片尺寸+容量+盘片数+转速+接口类型”例：Seagate酷鱼Ⅱ代IDE硬盘ST330630A为例ST：首位，希捷公司硬盘均用ST开头3：盘片尺寸为3.5英寸306：容量为30.6GB3：盘片数为3片0：表示为7200V/M（0以外为5400r/min)A：接口类型A为ATAUDMA/66或UDMA/100（AG为笔记本专用、W、N为SCSI专用五外部存储器2、Maxtor（迈拓）公司Maxtor公司的硬盘其命名方式为：“系列号+此系列硬盘最大容量+首位+容量+接口类型+磁头数”例：金钻四代DiamondMaxPlus4053073U6DiamondMaxPlus：代表硬盘是金钻系列40：代表此系列硬盘的最大容量为40GB5：用于说明一段时间，最新的金钻系列硬盘都是53073：代表容量为30.7GBU：代表此硬盘的接口是UltraDMA/66(D为UltraDMA/33；A为ATAUltraDMA/100)6：代表此硬盘的磁头数五外部存储器5.2光盘驱动器根据光盘存储技术的不同光盘驱动器可分为以下几种：CD-ROM（只读光盘驱动器）、CD-R（可写光盘驱动器）、CD-R/W（可擦写光盘驱动器）、DVD-ROM（DVD只读光盘驱动器）和DVD-RAM（可反复擦写DVD光盘存储器）等。五外部存储器5.2.1光盘驱动器工作原理其工作原理是数据通过刻录设备在盘面上刻出一个信号凹坑，再在光盘的另一面涂上反光材料，CD-ROM的激光头发出光束照到平地方和凹地方所反射回的信号不同，CD-ROM上的光敏元件根据反射信号的有无或强弱来记录0和1完成数据的输入。五外部存储器5.2.2光盘驱动器工作原理光盘托架音量旋钮强制弹出孔指示灯播放/向后搜索键打开/关闭/停止键耳机插孔1、光驱的前面板五外部存储器数字音频输出连接口模拟音频输出连接口数据线插座电源插座主盘/从盘/CSEL盘模式跳线2、光驱的后面板五外部存储器5.2.3光盘的内部结构1、底部结构包括：伺服系统、控制系统和主控电路等组成部分。五外部存储器2、机芯结构⑴.激光头组件⑵.主轴马达⑶.光盘托架⑷.启动机构五外部存储器5.2.4光驱的性能指标1、数据的传输率光驱从光盘上读取数据的快慢。单速是指最初的光驱读妈速率，为150KB/S。倍速是指光驱以单速的多少倍进行工作。2、平均读取时间是指CD-ROM从光头定位到开始读盘的时间，一般是越小越好。3、缓冲区用于暂存光驱读出的数据。它的大小直接影响光驱的速度五外部存储器4、光驱的容错性能是指光驱读取质量不太好的光盘的能力，容错性能越强，光驱能读的“烂盘”越多。5、光驱的读取方式⑴恒定线速度（CLV）⑵恒定角速度（CAV）⑶部分恒定角速度（PCAV）6、接口类型两种接口：IDE、SATA和SCSI。五外部存储器5.2.5普通光驱的种类1、按接口分类：⑴.IDE接口：最广泛的、价格便宜，速率低⑵.SCSI接口：速度快，传输效率高，支持热插拔。2、按结构方式分