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1、第6章 外存储设备,第6章 外存储设备,6.1 阅读资料：外存储器的发展历程6.2 硬 盘6.3 软驱与软盘6.4 CD-ROM驱动器6.5 CD-R/RW6.6 DVD驱动器6.7 各类光盘比较6.8 其他外存储设备,光存储设备,6.1 阅读资料：外存储器的发展历程,6.1.1 硬盘的发展历程6.1.2 光驱存储设备的发展历程,6.1 阅读资料：外存储器的发展历程,6.1.1 硬盘的发展历程1956年9月，第一块硬盘诞生。1968年，“温彻斯特”技术诞生。1979年，IBM发明薄膜磁头。1991年，IBM生产3.5英寸的硬盘，硬盘的容量首次达到了1GB。1999年，单碟容量高达10GB的AT
2、A硬盘面世。2000年，高速硬盘问世，新材质硬盘诞生。2000年3月16日，第一款“玻璃硬盘”问世。2001年，新的磁头技术GMR问世。2002年，真正意义上的伟大技术革命IBM AFC技术诞生。,6.1 阅读资料：外存储器的发展历程,6.1.2 光驱存储设备的发展历程1991年世界上第一个光驱和第一张光碟诞生1993年，第二代MPC规格问世，1995年夏，公布第三代规格标准，1997年左右的时候，光驱已经开始普及了。DVD及DVD光驱也就问世了。1995年9月发起形成了DVD论坛。2001年4月首次开发出可以兼容DVD-RAM和DVD-R(G)格式的驱动器。,6.2 硬盘,6.2.1 硬盘的
3、结构6.2.2 硬盘的工作原理6.2.3 硬盘的分类6.2.4 硬盘的技术指标6.2.5 硬盘接口方式及比较6.2.6 IDE跳线设置6.2.7 硬盘新技术6.2.8 流行硬盘介绍,6.2 硬盘,6.2.1 硬盘的结构 1硬盘的外部结构,6.2 硬盘,6.2.1 硬盘的结构 1硬盘的外部结构,6.2 硬盘,6.2.1 硬盘的结构 2硬盘的内部结构,6.2 硬盘,6.2.1 硬盘的结构2硬盘的内部结构,6.2 硬盘,6.2.1 硬盘的结构3硬盘的逻辑结构,磁面（Side）：每个盘片都有上、下两个磁面，从上向下从“0”开始编号，0面、1面、2面、3面、磁道（Track）：硬盘在格式化时盘片会被划成
4、许多同心圆，这些同心圆轨迹就叫磁道。磁道从外向内从0开始顺次编号，0道、1道、2道、柱面（Cylinder）：所有盘面上的同一编号的磁道构成一个圆柱，称之为柱面，每个柱面上从外向内以“0”开始编号，0柱面、1柱面、2柱面、扇区（Sector）：硬盘的盘片在存储数据时又被逻辑划分为许多扇形的区域，每个区域叫作一个扇区。硬盘容量=柱面数扇区数每扇区字节数磁头数,6.2 硬盘,6.2.2 硬盘的工作原理硬盘作为一种磁表面存储器，是在非磁性的合金材料（多为铝片）表面涂上一层很薄的磁性材料，再通过磁层的磁化来存储信息的。即硬盘是利用特定的磁粒子的极性来记录数据。磁头在读取数据时，将磁粒子的不同极性转换成
5、不同的电脉冲信号，再利用数据转换器将这些原始信号变成计算机可以使用的数据，写操作正好相反。硬盘缓存主要负责协调硬盘与主机在数据处理速度上的差异。,6.2 硬盘,6.2.3 硬盘的分类按尺寸分：,6.2 硬盘,6.2.3 硬盘的分类按接口分:,6.2 硬盘,6.2.4 硬盘的技术指标1容量容量是指硬盘的存储空间大小，常用GB（京字节）为单位。2转速转速也就是指硬盘内部主轴马达的转动速度。台式机硬盘的转速主要有两种：5 400转和7 200转。3动作时间所谓硬盘的动作时间，主要包括平均寻道时间、平均访问时间、道至道时间、最大寻道时间和平均等待时间等几种。,6.2 硬盘,6.2.4 硬盘的技术指标4
6、MTBF（连续无故障时间）MTBF是指硬盘从开始运行到出现故障的最长时间，单位为小时。5数据传输率硬盘数据传输率衡量的是硬盘读写数据的速度，分为外部数据传输率和内部数据传输率两种,一般用MB/s作为计算单位。6硬盘缓存缓存是硬盘控制器上的一块存储芯片，为硬盘与外部总线交换数据提供场所。,6.2 硬盘,6.2.5 硬盘接口方式及比较1IDE接口IDE本意是指把“硬盘控制器”与“盘体”集成在一起的硬盘驱动器，也称之为电子集成驱动器。IDE接口的硬盘具有价格低廉、兼容性好、性价比高的优点。,6.2 硬盘,6.2.5 硬盘接口方式及比较IDE接口方式比较,6.2 硬盘,6.2.5 硬盘接口方式及比较2
7、SATA 接口SATA接口即串行ATA接口（Serial ATA），它一改以往IDE接口并行传输数据的方式，而采用连续串行的方式传送数据。SATA接口相对于IDE接口起点更高，发展潜力更大。3SCSI接口SCSI接口即Small Computer System Interface（小型计算机系统接口），它具有应用范围广、多任务、宽带宽、CPU占用率低以及支持热插拔等优点，但价格较高。,6.2 硬盘,6.2.5 硬盘接口方式及比较4IEEE1394接口IEEE1394的前身称之为了FireWire（火线）规范，它有两种版本，IEEE1394a和IEEE1394b，支持热插拔、驱动程序安装简易、数
8、据传输速度快、具备通用I/0连接头、点对点的通讯架构等特点，同时IEEE1394接口也具有使用费用昂贵的致命缺点。5USB接口USB接口也叫通用串行总线接口，是目前应用最为普遍的设备接口，USB接口具有价格低廉、连接简单快捷、兼容性强、有很好的扩展性、支持即插即用、支持热插拔、支持高传输速率等诸多优点。6光纤通道（Fiber Channel）光纤通道最长可达10Km，理论带宽可达1.06Gb/s，实际带宽可达100Mb/s，但价格非常昂贵，并且组建复杂。,6.2 硬盘,6.2.6 IDE跳线设置硬盘跳线位于数据线接口和电源线接口之间，在硬盘的正面标签上、硬盘电路板上或IDE接口旁边一般都附有硬
9、盘跳线说明图。,西部数据硬盘跳线设置图,迈拓硬盘跳线设置图,6.2 硬盘,6.2.6 IDE跳线设置一般可分为三种跳线设置：Master（主盘）、Slave（从盘）、Cable Select（简称CS，线缆选择）。Master 表示主盘，是一个IDE通道上第一个被系统检测到的设备。Slave表示从盘，是一个IDE通道上第二个被系统检测到的设备。Cable Select表示使用特殊的硬盘数据线连接主板,6.2 硬盘,6.2.7 硬盘新技术1磁头技术（1）MR（MAGNETO-RESITIVEHEAD）技术（2）GMR（GIANT MR）技术2技术自我监测、分析和报告技术。它由硬盘的监测电路和主板
10、上的监测软件对被监测对象的运行情况与历史记录及预设的安全值进行分析、比较，当出现安全值范围以外的情况时，会自动向用户发出警告，并自动降低硬盘的运行速度，把重要数据文件转存到其他安全扇区。,6.2 硬盘,6.2.7 硬盘新技术3数据保护与震动保护技术当硬盘受到撞击时，SPS系统能保持磁头不受震动，撞击能量被硬盘其他相对坚固的部分吸收，这样就可以提高硬盘的抗震动性能，便于运输、安装、使用。4RAID技术廉价冗余磁盘阵列。组成磁盘阵列的设备具有高速度、大容量、安全可靠的特点。RAID硬盘是由几组硬盘驱动器组成，并由一个控制器统一管理，逻辑上可以把它看作是一个磁盘驱动器。,6.2 硬盘,6.2.7 硬
11、盘新技术5PRML读取通道技术部分响应完全匹配。PRML技术简单地讲就是将硬盘数据读取电路分成两段“操作流水线”，流水线第一段将磁头读取的信号进行数字化处理，然后只选取部分“标准信号”移交给第二段继续处理。第二段流水线将所接收的信号与PRML芯片预置的信号模型进行对比，然后选取差异最小的信号进行组合后输出，以完成数据的读取过程。6湿盘（Wetdisk）技术该技术能最大限度地减少磁头与盘片的摩擦，数据密度得到进一步提高。,6.2 硬盘,6.2.8 流行硬盘介绍希捷硬盘,6.2 硬盘,6.2.8 流行硬盘介绍迈拓硬盘,6.2 硬盘,6.2.8 流行硬盘介绍西部数据硬盘,6.2 硬盘,6.2.8 流
12、行硬盘介绍三星硬盘,6.3 软驱与软盘,6.3.1 软驱的结构与工作原理6.3.2 软盘的结构6.3.3 其他几种新型的软驱介绍,6.3 软驱与软盘,6.3.1 软驱的结构与工作原理软驱从外形尺寸上分有两种类型：一是5.25英寸软驱，现已淘汰；一是3.5英寸软驱，是现在软驱的主流尺寸。软驱主要由控制电路板、马达、磁头定位器和磁头等几部分组成。软驱的工作原理是：马达带动软盘的盘片转动（转速较慢，大约每分钟300转），磁头定位机构是一个很小的步进马达，负责把磁头移动到正确的磁道上，由磁头完成读写操作。当软盘插入软驱时，它的读写孔被打开，磁头通过该读写孔与盘片接触（软驱磁头在进行读写操作时是接触盘片
13、的）进行读写。,6.3 软驱与软盘,6.3.2 软盘的结构,6.3 软驱与软盘,6.3.3 其他几种新型的软驱介绍1ZIP驱动器又称海量存储器，是最早出现的大容量软盘驱动器，ZIP采用非接触式磁头设计读写速度更快，更稳定，且不易损坏。,6.3 软驱与软盘,6.3.3 其他几种新型的软驱介绍2 MO(Magneto Optical)也简称光盘机，尺寸通常为5.25英寸，它是一种结合光学原理与磁场原理来存储数据的新式存储设备。,6.3 软驱与软盘,6.3.3 其他几种新型的软驱介绍3 LS-120它采用了接触式磁头结构，内建了8KB缓存。可以读取现存的上亿张3.5英寸的传统软盘。LS-120的兼容
14、性要好于ZIP和MO，但价格也较高，一般用户无法承受。,6.4 CD-ROM驱动器,CD-ROM光盘具有容量大（一般为640MB/张）、成本低、可靠性高、易于长期保存等优点。读取CD-ROM光盘必须要有专用设备，这个专用设备就叫CD-ROM驱动器，简称光驱。,6.4 CD-ROM驱动器,6.4.1 CD-ROM的结构6.4.2 光盘的数据存储方式6.4.3 CD-ROM驱动器的性能指标6.4.4 CD-ROM驱动器的跳线设置,6.4 CD-ROM驱动器,6.4.1 CD-ROM的结构,6.4 CD-ROM驱动器,6.4.1 CD-ROM的结构CD-ROM驱动器从外观上看，主要由以下几个部分构成
15、：光盘托盘（用于放置光盘的）；耳机插孔（接耳机，听CD音乐）；音量旋钮（调节耳机音量大小）；工作指示灯；紧急弹出孔（紧急情况下停电，通过该孔可以弹出光盘托盘）；播放/向后搜索按钮（播放CD音乐光盘时用）；打开/关闭/停止按钮（打开或关闭托盘）。CD-ROM驱动器内部组成包括三个部分：CD-ROM光盘旋转装置（小型电机）、光头控制系统（包括激光发射器、检测器、反射棱镜、光头控制电路等）、信号处理电路。,6.4 CD-ROM驱动器,6.4.2 光盘的数据存储方式CD-ROM光盘片是用特殊的透明塑料或有机玻璃制成，上面附着一层金属薄膜用来记录信息。光盘的数据存储不是杂乱无章的，而是记录在数据轨道中的
16、。数据轨道的形状为阿基米德螺旋线。当高能量激光光束照射到光盘表面时，会使照射处的金属膜熔化而形成一个凹坑(沟)，没有照射到的地方相对于凹坑来说就是凸起(岸)。光盘表面金属膜的岸沟两种状态的交替变化就记录了二进制的“0”和“1”，由沟到岸或由岸到沟的跳变处记录数据“1”，沟内或岸上处记录数据“0”。光盘表面金属膜上的这种凹凸不平的小坑是一种不易改变的物理状态，它记录的信息是永久的，不能改变。,6.4 CD-ROM驱动器,6.4.3 CD-ROM驱动器的性能指标1倍速与数据传输率倍速是指光驱读盘的最大速度，用多少倍的方式来标称。光驱倍速从早期的单倍速发展到了今天的48倍速、52倍速（通常记作48X
17、、52X），光驱倍速衡量的是光驱在1秒钟时间内所能读取的最大数据量，以150K字节为单位。2缓存大小光驱内部带有缓存，安装于驱动器的电路板上，用于存储将要发送给计算机的数据。它实际上也是实现“预处理”操作的一种存储器，提前为下一步操作准备好数据，以提高光驱的读取速度。,6.4 CD-ROM驱动器,6.4.3 CD-ROM驱动器的性能指标3平均查找时间又叫平均访问时间或平均寻道时间，是指光驱的激光头从原来的位置移动到指定将要读取的数据区后，开始读取数据到将数据传输至缓存所用的时间，单位为毫秒（ms）。4接口方式CD-ROM驱动器的接口是驱动器与主机的连接口，是从驱动器到计算机的数据传输途径，不同
18、的接口方式也会影响光驱的传输速度。5CPU占有率也叫CPU占用时间，是指光驱在保持一定的转速和数据传输率时所占用CPU的时间。,6.4 CD-ROM驱动器,6.4.4 CD-ROM驱动器的跳线设置光驱跳线与硬盘跳线很类似，其跳线位置位于光驱数据线与电源接口之间。光驱跳线状态一般只有Master、Slave、Cable Select三种，很少会出现其他状态，各种品牌的CD-ROM驱动器也几乎全是一样，遵循同一个规范。,6.5 CD-R/RW,CD-R是光盘刻录机（CD Recorder）的简写，它是一种可单次写入，多次读取（Write Once，Read Multiple）的驱动器。支持重复刻录
19、的新技术，那就是CD-RW（CD Rewritable）。CD-RW刻录机能够反复地对CD-RW光盘进行刻写，可以把上面的信息抹掉后再次地写入新信息。,6.5 CD-R/RW,6.5.1 CD-R/RW的结构与工作原理6.5.2 CD-R/RW光盘的结构6.5.3 CD-R/RW的性能指标6.5.4 CD-R/RW的使用,6.5 CD-R/RW,6.5.1 CD-R/RW的结构与工作原理48X24X48X，分别表示该驱动器的读取速度为48速，刻录速度为24速，擦除速度为48速。CD-R工作原理为：利用大功率激光束的热效应使激光束焦点照射的盘区处产生不可逆变的物理化学变化，形成具有与CD-ROM
20、光盘片凹坑（沟）相同光学反射特性的信息凹坑，凹坑与平面交错表示“0”和“1”。光驱读取这些平面和凹坑时自动将之转换为0和1。这种热效应产生的变化（凹坑变化）是一次性的，一旦形成凹坑就不能再恢复到原来的状态，所以CD-R只支持一次写入，不能重复写入。CD-RW的工作原理与CD-R的原理相类似，都是采用“相变”技术，即利用激光束的热效应使盘片发生变化。不同之处在于，CD-RW进行了相位转换。CD-RW的盘片上镀的是特殊的相变材料，主要分为银、铟、硒和碲等稀有金属。有两种状态：结晶和非结晶，等同于CD-R盘片的平面和凹坑。,6.5 CD-R/RW,6.5.2 CD-R/RW光盘的结构1CD-R光盘结
21、构,6.5 CD-R/RW,6.5.2 CD-R/RW光盘的结构2 CD-RW光盘结构,6.5 CD-R/RW,6.5.3 CD-R/RW的性能指标1读写速度CD-R/RW也有倍速之分。与CD-ROM不同的是，CD-R/RW有三个速度指标：刻录速度、读取速度和擦除速度（CD-R没有此项速度），刻录速度要慢一些。2接口方式刻录机也有内置和外置之分别。内置的接口有SCSI接口和IDE接口两类，外置接口有SCSI接口、并口、PC卡接口、USB接口、1394接口等几种。,6.5 CD-R/RW,6.5.3 CD-R/RW的性能指标3缓存容量刻录数据时，仍是先把数据写入缓存，刻录软件再从缓存区调用这些要
22、刻录的数据。在记录的同时，后续数据再写入缓存中，以供下一步调用。对刻录机来说，缓存越大，刻录的成功率就越高。4兼容性兼容性首先是对盘片的兼容，其次是刻录方式的兼容。5价格与品牌比较同档次的刻录机产品，选购知名品牌且价格较便宜的产品。,6.5 CD-R/RW,6.5.4 CD-R/RW的使用1Cdburn与Dvdburn软件这是两款Windows Server 2003操作系统中自带的免费为管理员、开发者和高级用户设计的刻录软件。2Direct CD软件这是一款美国Adaptec公司开发的刻录软件，主要功能是可以使用UDF技术将CD-R/RW的盘片当作硬盘使用。,6.5 CD-R/RW,6.5.
23、4 CD-R/RW的使用3Easy CD Creator软件这也是一款美国Adaptec公司开发的软件产品，它可以制作VCD、数据光盘、音乐光盘、插页和标签等五种类型的光盘，支持所有的刻录方式，并提供光盘对刻（CD Copy），制作开机引导光盘和多盘复制等刻录功能。4CD-Maker Pro软件美国NTI公司开发的CD刻录软件，可以完成许多刻录工作，如刻录数据光盘、多段式光盘、音乐CD、多模式CD等，也支持光盘对刻。,6.5 CD-R/RW,6.5.4 CD-R/RW的使用5Nero-Burning ROM软件是德国AHEAD公司推出的刻录软件，也是目前深受许多用户青睐的刻录软件之一。,6.6
24、 DVD驱动器,DVD是Digital Versatile Disc的简写，即数字通用光盘，DVD集计算机技术、光学记录技术和影视技术等为一体，可以满足用户对大存储容量、高性能存储媒体的需求。一张DVD光盘的容量可达5.7GB甚至更高，DVD向下兼容CD、VCD和CD-ROM等格式的光盘。,6.6 DVD驱动器,6.6.1 DVD驱动器的分类6.6.2 DVD可重复刻录6.6.3 DVD盘片的物理结构6.6.4 DVD驱动器的性能指标,6.6 DVD驱动器,6.6.1 DVD驱动器的分类,6.6 DVD驱动器,6.6.2 DVD可重复刻录格式1DVD-RAMDVD-RAM的全称为DVD-Ran
25、dom Access Memor，中文意思是DVD随机存储器。它的盘片是目前所有DVD刻录盘片中最复杂性的。,6.6 DVD驱动器,6.6.2 DVD可重复刻录格式2DVD-RWDVD-RW是第二个被DVD论坛组织认证的DVD重复刻录技术,DVD-RW采用变相式的读写技术，支持重复擦写数据。DVD-RW的优点是兼容性好，而且能以DVD视频格式来保存数据，可以在普通家用影碟机上播放。3DVD+RWDVD+RW是目前唯一与现有的DVD播放器、DVD驱动器全部兼容的可重写格式，也是唯一获得微软公司支持的DVD刻录标准。DVD+RW不仅可以作为个人计算机的数据存储,还可以直接以DVD视频的格式刻录视频
26、信息，DVD+RW盘片单面容量为4.7GB，双面容量为9.4GB。,6.6 DVD驱动器,6.6.2 DVD可重复刻录格式,DVD-RW与DVD+RW的性能对比,6.6 DVD驱动器,6.6.3 DVD盘片的物理结构CD盘片的最小凹坑长度为0.83m，道间距为1.6m，采用波长为780nm790纳米的红外激光器读取数据。而DVD盘片的最小凹坑长度为0.4m，道间距为0.74m，采用波长为635nm650nm的红外激光器读取数据。,6.6 DVD驱动器,6.6.3 DVD盘片的物理结构按照单/双面和单/双层结构的组合，DVD盘片可以分为单面单层、单面双层、双面单层和双面双层四种物理结构。在外形尺
27、寸上，DVD盘片也有两种尺寸，一是直径为12cm的盘片，一是直径为8cm的盘片。,6.6 DVD驱动器,6.6.4 DVD驱动器的性能指标1速度是指DVD驱动器的倍速，采取与CD-ROM驱动器倍速一样的标注方式，以多少倍来表示。DVD-ROM驱动器的1倍速约等于CD-ROM驱动器的9倍速。2光头目前市场上DVD-ROM驱动器主要有两种光头，一为单激光头，一为双激光头。单激光头使用同一个光头读取数据。,6.6 DVD驱动器,6.6.4 DVD驱动器的性能指标3平均读取时间指DVD驱动器的激光头移动到指定数据区后，开始读取数据到将数据传送到缓存所需的时间，单位ms。4缓存大小与CD-ROM一样，D
28、VD光驱内部也有缓存，用于“预处理”操作。缓存大小同样会影响DVD光驱的整体性能。,6.6 DVD驱动器,6.6.4 DVD驱动器的性能指标5兼容性指DVD光驱对其他格式盘片的认可度。6区域代码区域代码是为防止DVD盘片被盗版和翻版而采取的一项DVD技术生产的限制措施CSS（内容乱码系统）。区域代码采用分区制，将全球划分为六个区，不同区内的DVD驱动器只能读取本区内的DVD盘片。,6.6 DVD驱动器,6.6.4 DVD驱动器的性能指标,6.7 各类光盘比较,6.7 各类光盘比较,使用光盘的注意事项：1不要将不清洁的光盘放入光驱读写，否则会因为光盘上的灰尘等脏物而缩短光驱的使用寿命。2不要在光
29、驱正工作时强行按弹出键弹出光盘，否则会损伤盘片和光驱。3不要使用来历不明的光盘，否则系统会有感染病毒的可能。4不要在光盘上贴标签或使用标识笔在光盘表面书写，因为贴标签会使光盘在高速旋转时失去平衡，粘胶与墨水也可能会浸入光盘保护膜而损坏光盘。5不要用手接触光盘存储数据的一面，尤其是手不干净时更不要接触光盘数据面，否则会使光盘无法读写。6不要将光盘长时间置于阳光下，不将光盘直接夹于书页间，以免损坏光盘。,6.8 其他外存储设备,6.8.1 U盘6.8.2 移动硬盘,6.8 其他外存储设备,6.8.1 U盘U盘也称优盘、闪存盘、拇指盘。它是一种可移动的外存储设备，采用USB接口，不需要物理驱动器，只
30、要将之插入电脑上的USB接口就可以独立地存储读写数据了。1U盘的写保护开关的打开或上锁应在U盘接入电脑前完成，不能在U盘工作状下切换。2U盘的存储原理与硬盘不完全一样，不要对U盘进行碎片整理工作，否则会缩短它的使用寿命。,6.8 其他外存储设备,6.8.1 U盘3U盘均有工作状态指示灯，或为一个，或为两个。严禁在U盘进行数据读写时拔下U盘。4为保护主板上的USB接口，减少摩擦，建议U盘在接入电脑时使用USB延长线（一般随U盘赠送，也可单独购买）。5因为Windows 98系统没有内建U盘的驱动支持，用U盘时要安装U盘的驱动程序才可以使用。,6.8 其他外存储设备,6.8.2 移动硬盘移动硬盘也称外置硬盘、活动硬盘。它是以硬盘为存储介质，强调便携性的外存储设备。移动硬盘在早期多以标准硬盘为基础，现在大多数采用2.5英寸超薄笔记本硬盘，也有部分产品使用的是1.8英寸的微型硬盘。,
