外部存储器课件

1、计算机组装与维修 第四章 主板 第五章 外部存储器教学目标1了解硬盘、光驱和软驱的基本结构。2掌握硬盘、光驱主从跳线的设置。3了解选购硬盘、光驱时要注意的问题。 教学重点1、掌握硬盘型号的含义及读懂硬盘的标识。2、掌握依据CPU合理选配主板的方法。教学难点 掌握双硬盘的合理连接方法，以及区分不同接口的硬盘。分析学生 学生对新购买的硬盘标出的容量和电脑检测出来的容量并不相符，容易产生疑惑。对DVD盘片与CD盘片结构产生疑问。教学用具 计算机，投影仪，已拆解的光驱和硬盘各一个。课时安排4课时教学过程一、导入新课通过前面的学习，我们已经清楚断电后，内存中的信息就会丢失。完成保存信息的任务现阶段只能

2、有硬盘、光盘这些外部存储设备完成。提问学生：现今为什么硬盘、光盘成为了最主要的外部存储设备？引导学生思考、回答并相互补充。教师总结归纳硬盘、光盘存储容量大、可靠性高、价格适中、技术成熟。因此它们在电脑中成为不可或缺的标准配置。二、新课教学第五章 外部存储器5.1硬盘存储器5.1.1 基础知识：认识硬盘提问：1同学们可能了解硬盘的外部模样，但我们现在请同学们仔细观察硬盘的内部结构之后，说一说硬盘是如何工作的？ 2硬盘内部是真空的么？学生思考、看书、回答；教师总结：第一个问题：硬盘由头盘组件与印刷电路板组件组成。磁头定位的驱动方式主要有步进电机驱动（已淘汰）和音圈电机驱动两种。其盘片及磁头均密封在

3、金属盒中，构成一体，不可拆卸，金属盒内是高纯度气体。在硬盘的正面都贴有硬盘的标签，标签上一般都标注与硬盘相关的信息，如产品型号、产地、出厂日期、产品序列号等。而硬盘的背面则是控制电路板，该板大都采用贴片式焊接，包括主轴调速电路、磁头驱动与伺服定位电路、读写电路、控制与接口电路等。在电路板上还有一块ROM芯片，里面固化的程序可以进行硬盘的初始化，执行加电和启动主轴电机，加电初始寻道、定位以及故障检测等。第二个问题：因为根据硬盘的工作原理来分析，硬盘内部的磁头其实是处于悬浮状态的。而之所以会实现悬浮状态，其实是利用了空气流体动力学原理来实现的。如果硬盘的内部真空，那磁头悬浮的基本条件就被破坏了。实

4、际上没有空气，磁头根本不能浮起来，也就无法工作。 硬盘接口类型PATA接口SATA接口硬盘跳线电源接口硬盘数据线5.1.2 硬盘技术指标提问：硬盘的品牌繁多，一般在选购硬盘时都要参考一些主要的技术指标。同学们都了解哪些指标？学生思考、看书、回答；教师总结：硬盘的一些性能指标1.主轴转速硬盘的主轴转速是决定硬盘内部数据传输率的决定因素之一，它在很大程度上决定了硬盘的速度，同时也是区别硬盘档次的重要标志。目前7200rpm的硬盘是主流产品，SCSI硬盘的主轴转速已经高达15000rpm，当然其价格让普通用户难以接受。2.寻道时间该指标是指磁头移动到数据所在磁道所用的时间，单位为毫秒(ms

5、)。平均寻道时间则为磁头移动到正中间的磁道需要的时间。注意它与平均访问时间的差别。硬盘的平均寻道时间越小性能则越高。现在使用的硬盘平均寻道时间当在10ms以下。3.单碟容量因为标准硬盘的碟片数是有限的，靠增加碟片来扩充容量是有限度的。只有提高每张碟片的容量才能从根本上解决这个问题。大容量硬盘采用GMR巨阻型磁头，磁碟的记录密度大大提高，硬盘的单碟容量也相应提高了。4.潜伏期当磁头移动到数据所在的磁道后，等待所要的数据块继续转动(半圈或多些、少些)到磁头下的时间，其单位为毫秒(ms)。平均潜伏期就是盘片转半圈的时间。5.硬盘表面温度该指标表示硬盘工作时产生的热量使硬盘密封壳温度上升的情况。硬盘工

6、作时产生的温度过高将影响薄膜式磁头的数据读取灵敏度，因此硬盘工作表面温度较低的硬盘有更稳定的数据读、写性能。6.道至道时间该指标表示磁头从一个磁道转移至另一磁道的时间，单位为毫秒(ms)。7.高速缓存指硬盘内部的高速存储器。大容量硬盘的高速缓存一般为512KB2MB，2MB缓存是目前IDE硬盘的主流。8.全程访问时间该指标指磁头开始移动直到最后找到所需要的数据块所用的全部时间，单位为毫秒(ms)。而平均访问时间指磁头找到指定数据的平均时间。通常是平均寻道时间和平均潜伏时间之和。9.最大内部数据传输率该指标名称也叫持续数据传输率(sustained transfer rate)，单位为Mb/s。

7、它是指磁头至硬盘缓存间的最大数据传输率，一般取决于硬盘的盘片转速和盘片线密度(指同一磁道上的数据容量)。注意Mb/s或Mbps与MB/s含义的不同，前者是兆位/秒的意思，如果需要转换成MB/s(兆字节/秒)，就必须将Mbps数据除以8(一字节8位数)。例如某硬盘给出的最大内部数据传输率为131Mbps,但如果按MB/s计算就只有16.37MB/s。10.连续无故障时间(MTBF)该指标是指硬盘从开始运行到出现故障的最长时间，单位为小时。一般硬盘的MTBF至少在30000小时以上。11.外部数据传输率也称为突发数据传输率，它是指从硬盘缓冲区读取数据的速率。在广告或硬盘特性表中常以数据接口速率代替

8、，单位为MB/s。目前主流的硬盘已经全部采用Ultra DMA/66/100技术，外部数据传输率可达66MB/s或100MB/s。硬盘应用的一些技术（仅供参考）1.Drive-TIP技术Drive-TIP是英文Drive Temperature Indicator Processor的缩写，中文含义是硬盘温度监测仪。该技术是一项旨在提高硬盘可靠性和使用性能的技术。它通过温度感应器来监测并报告驱动器温度是否明显超过预先设定的温度阈值，一旦明显超温，即采取相应的措施，如关闭驱动器来降低温度。这对于空间有限的笔记本专用硬盘来说是非常必要的。2.Ultra ATA/66/100技术此技术把ATA接口的

9、最高传输速率提升到了66MB/s和100MB/s，在提高传输速率的同时，Ultra ATA/66/100还通过改进信号的时钟边沿特性并使用CRC循环冗余纠错技术，保证了在高速传输过程中数据的完整性。Ultra ATA/6/100向后兼容Ultra ATA/33，IDE接口同样为40线，但使用的电缆为80芯，比原来的IDE电缆增加了40根地线，这种设计可以降低相邻信号线之间的串扰。如果支持Ultra ATA/66接口的硬盘接在了40芯的老式电缆上，硬盘自动能以Ultra ATA/33模式工作。为了使用Ultra ATA/66/100接口，硬盘、主板和操作系统都必须提供相应的支持。3.Load/U

10、nload技术适合笔记本电脑硬盘使用，因为笔记本电脑硬盘在工作时，磁头在盘片表面飞行，与盘片距离仅为约十万分之一英寸(比灰尘或指纹还要小)。光滑的磁盘表面和日趋降低的飞行高度增加了读写头和磁面碰撞的几率，也使硬盘的损坏几率随之而增加。而Load/Unload技术可使硬盘磁头在不工作时停泊在磁盘外面的专用槽中，大大降低了磁头与磁面的碰撞几率，从而延长硬盘的使用寿命。4.SPS技术SPS是英文Shock Protection System的缩写。硬盘非常怕震动，不管电源是否已经启动，只要硬盘受到了撞击或震动，或多或少总有数据受到一定程度的损伤，如果处于运转状态的硬盘受到震动或撞击，所造成的“伤害”

11、会更大。SPS这种技术可以把硬盘因冲击而造成的损害降到最低的程度。5.ABLE技术ABLE是英文Adaptive Battery Life Extender的缩写，该技术一般也用于笔记本硬盘之中，它的优点是可以使笔记本电脑硬盘的耗电量降低大约20%，从而有效延长电池的使用时间，使用户不必被电池使用时间问题困扰。6.IEEE1394技术IEEE1394又称为Firewire(火线)或P1394技术，它是一种高速串行总线，现有的IEEE 1394标准支持100Mbps、200Mbps和400Mbps的传输速率，将来会达到800Mbps、1600Mbps、3200Mbps甚至更高，如此高的速率使得它

12、可以作为硬盘、DVD、CD-ROM等大容量存储设备的接口。IEEE1394将来有望取代现有的SCSI总线和IDE接口。7.S.M.A.R.T技术该技术的英文全称是Self-Monitoring Analysis&&Reporting Technology，中文含义是自动监测分析报告技术。这项技术指标使得硬盘可以监测和分析自己的工作状态和性能，并将其显示出来。用户可以随时了解硬盘的运行状况，遇到紧急情况时，可以采取适当措施，确保硬盘中的数据不受损失。采用这种技术以后，硬盘的可靠性得到了很大的提高。8.GMR技术该技术的英文全称是Giant Magnetoresistive，中文含

13、义是巨磁阻磁头。GMR技术的磁头与MR磁头一样，是利用特殊材料的电阻值随磁场变化的原理来读取盘片上的数据，但是GMR磁头使用了磁阻效应更好的材料和多层薄膜结构，比MR磁头更为敏感，相同的磁场变化能引起更大的电阻值变化，从而可以实现更高的存储密度，MR磁头能够达到的盘片密度为3Gbit-5Gbit/in2(千兆位每平方英寸)，而GMR磁头可以达到10Gbit-40Gbit/in2以上。9.DPS技术DPS是英文Data Protection System的缩写，适合Quantum品牌Enhanced IDE接口且支持S.M.A.R.T.规格的硬盘，它可以让用户确定自己的硬盘是否真正发生了问题。用

14、户可以在Quantum的网站上下载qdps.exe软件，如果觉得硬盘似乎有问题时，就可以用软盘开机，执行qdps.exe，以测试一下硬盘到底有没有问题。10.OAW技术该技术是英文Optically Assisted Winchester的缩写，它的中文含义是光学辅助温氏技术。它把传统的磁读写头和低强度激光束结合在一起，激光束通过光纤进入磁头，再通过一个微电机驱动的镜子反射到磁盘表面，从而实现磁头的精确定位。OAW技术能够在1英寸宽的范围内写入105000个以上的磁道，硬盘单碟容量可达36GB以上。11、SB技术SB是英文Shock Block的缩写，是Maxtor硬盘所采用的一种技术。这种设

15、计的目的就是在于尽量降低读写磁头弹离碟片的可能性，如果读写磁头没有弹离碟片，就不会有碟片被读写磁头敲击而产生屑片的情况发生。12、Ultra160/mUltra160/m是SCSI接口硬盘的高一级标准，它以Ultra3 SCSI为基础，传输速率高达160MB/s。 5.1.3定选购方案：选购硬盘前的分析提问：选购硬盘时，除了要考虑一些指标外，还有哪些因素是要考虑的？学生思考、看书、回答；教师总结： 除了要考虑硬盘的缓存大小、接口种类、转速等指标外，还要考虑硬盘的品牌、售后服务等因素。5.1.4 硬盘的保养提问：一块硬盘在平时使用时，如果注意保养能够延长硬盘的使用寿命，相反会 缩短硬盘的使用年限

16、。我们在使用硬盘时要注意哪些呢？学生思考、看书、回答；教师总结：不同品牌的硬盘标识方法也不尽相同，但是只要掌握一定的方法，读懂标识不是一件很难的事情。每一种品牌的硬盘都有自己的网站，一般可以到这些网站去查询。5.1.5 实战：选购硬盘提问：买来一块硬盘之后，要对硬盘上的标识一番了解，看一看是否符合自己看中的参数。如何读取硬盘的标识？学生思考、看书、回答；教师总结：硬盘在使用时应该注意一下几点：1、最好有提供不间断电源（UPS）2、要防止温度过高 3、定期整理硬盘碎片4、做好病毒防护以及操作系统升级工作5、用手拿硬盘时要小心6、在工作中最好不要移动硬盘7、硬盘在工作时不能突然关机 8、防止灰尘进

17、入5.2光盘存储器5.2.1 基础知识：认识光驱提问：光盘是除了硬盘之外另外一种重要的存储设备。因光盘种类繁多，因此在市场上能看到种类不同的光驱。同学们，你知道你自己家的光驱是什么类型的？学生思考、看书、回答；教师总结： 光驱也叫光盘驱动器，按照所用光盘不同可分为CD-ROM驱动器、 CDRW-ROM驱动器、 DVD-ROM驱动器以及DVD刻录机。随着时代的发展，CD-ROM驱动器、 CDRW-ROM驱动器已趋于淘汰。DVD-ROM和DVD-RW已经全面普及。光驱的外部结构要详细介绍，而内部结构、工作原理只要求学生了解即可。光驱的指标：1速度 普通的CD-ROM有一个标称速度，而DVD-ROM

18、有两个，一个是读取DVD光盘的速度，现在一般都是16X，另一个是读取CD光盘的速度等同于普通光驱的读盘速度。对于刻录机来说，其标称速度有三个，分别为“写/复写/读”，如40X/10X/48X表示此刻录机刻录CD-R的速度为40X，复写CD-RW速度为10X，读取普通CD光盘速度为48X。2数据传输率 不过随着光驱速度的提高，单纯的数据传输率已经不能衡量光驱的整体性能，由寻道时间和数据传输率结合派生出的两个子项内圈传输速率（Inside Transfer Rate）和外圈传输速率（Outside Transfer Rate）也左右着光驱的性能。对于DVD-ROM而言，其传输速率有两个指标，一个是

19、普通光盘的读取速率，和上面的CD-ROM一样；另一个是DVD-ROM的数据传输率，此时1X=1385KB/s，比CD-ROM的1X提升不少。 3寻道时间（Seek Time）寻道时间是光驱中激光头从开始寻找到找到所需数据花费的时间。寻道时间的值越小越好。4CPU占用率（CPU Usage）这项不用多做说明，当然是越小越好，不过刻录机的CPU占用率除了和驱动器有关外，和刻录软件也有很大关系。 5数据读取写入方式 （参考）初中物理都已经学过，旋转物体有角速度和线速度之分，固定转速的物体，其径向的角速度相同，而线速度却随着半径的变化有所不通，半径越大，线速度越高，光驱的数据读取和写入方式也是如此，所

20、以根据其方式的不通，按照角速度和线速度划分有以下几种数据读取写入方式：（1）CLV（Constant Linear Velocity）恒定线速度 这是早期低倍速（12速以下）光驱所采用的方式，当读取/刻录光盘数据时，主轴转速较快，而读取外圈时的转速较慢，采用不同的角速度实现恒定的线速度。在此方式下工作的光驱，无论读取/刻录光盘上的哪一部分数据都会得到相同的数据传输率，也就是说在使用Nero CD Speed进行测试时，在测试软件上出现的传输率曲线是一条直线。不过随着光驱速度的提高，为保持恒定的线速度，主轴电机旋转速度要随时变化，不但技术难度较大，而且电机负担加重，造成光驱寿命减短，并难以保证整

21、体性能提升，因此又衍生出下面两种读取写入方式。 （2）CAV（Constant Angular Velocity）恒定角速度 采用这种方式时，转速为恒定角速度，技术难度相较CLV方式大大降低。由于光盘以恒定角速度旋转，所以光盘内圈的数据传输率比外圈的数据传输率低，由于光驱读取数据从内圈开始，所以在使用测试软件对光驱进行测试时，所展现的数据曲线将是一个平滑上升的曲线。通常，在这种方式下工作的光驱标称速度就是外圈数据传输率，即最大数据传输率。（3）P-CAV（Partial CAV）局部恒定角速度 P-CAV局部恒定角速度是将CAV与CLV合二为一，理论上是在读内圈时采用CAV模式，转速不变读速逐

22、渐提高，当读取半径超过一定范围则采用CAV方式，而在实际工作中，在随机读取时，采用CLV。一旦激光无法正常读取数据时，立即转换成CAV，具有更大的灵动性和平滑性。（4）Z-CLV（Zoned Constant Linear Velocity）区域恒定线速度 将CD的内圈到外圈分成数个区域，在每一个区域用稳定的CLV速度进行读取写入，在区段与区段之间采用CAV方式过渡，这样做的好处是减短了读取吸入时间，并能确保读取写入的品质，只是在此模式下，每一次切换速度时读取写入过程都会有明显的中断，出现速度的突然下降。 现在的光驱很少采用CLV方式，普遍采用CAV或P-CAV方式，而对于高倍速刻录机来说，越

23、来越多的开始采用P-CAV和Z-CLV方式。 6缓存容量（Buffer Memory Size） 对于光盘驱动器来说，缓存越大连续读取数据的性能越好，在播放视频影响时的效果越明显，也能够保证成功的刻录性能。目前，一般CD-ROM的缓存为128KB，DVD-ROM的缓存为512KB，刻录机的缓存普遍为2-4MB，个别为8MB。 7数据传输模式数据传输模式 主要有PIOM和UDMA模式，早期大多采用的是PIOM模式，CPU资源占用率较大，现在的产品基本上都是UDMA模式，可以通过Windows中的设备管理器将DMA打开，以提高性能。DVD光盘与CD光盘 DVD光盘与CD盘片的组成基本相同，自下而上依次是盘基、记录层、反射层、粘合层、假盘基和印刷层，厚度约为1.2mm。在DVD刻录盘中，盘片的上下两端都采用了盘基，其作用就在于，光盘在高速旋转时，盘基会有效的起到稳定的作用，保持盘片的整体平滑、不变形，由于采用的材料一般都是聚碳酸脂，因此对盘片的记录层也可以起到一定的保