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文档简介
第四讲存储系统教学目的:了解计算机中数据的存储方式,数据存储设备(硬盘,光盘)的应用与相关信息;掌握硬盘、光驱和光盘的选择与选购、使用与维护、维修等问题;主要内容:1、电脑的数据仓库——硬盘;2、光盘与光驱;3、其它存储设备;软盘的历史软盘(Floopy)的组成;软盘的大小与容量;它有80个磁道,每个磁道有18个扇区,两面都可以存储数据。我们能这样计算它的容量:80×18×2×512≈1440K≈1.44M。软盘已经退出历史舞台,仅有在个别情况下可能用到软件:
1、硬件底层维修(如刷新BIOS);
2、某些特殊软件;
3、一些小硬件的驱动程序;一、硬盘的基本知识在电脑中进行文件的存储需要用到外部存储设备,常见的外部存储设备有硬盘、光驱以及多种移动存储器,在这些设备中硬盘是最常用到的,硬盘是外部存储器中速度最快、容量最大的存储设备。硬盘有足够大的空间,电脑运行时必需的操作系统、绝大部分的程序和数据等资料都是保存在硬盘中的。硬盘与内部存储器相比,存取数据的速度比内存慢,不过其存储空间大,可以存放大容量的数据和文件,而且在断电后存储在硬盘中的数据和文件不会丢失,这为用户的资料和其他数据信息的长期保存创造了条件。硬盘的历史:1956年IBM发明,1968年,温彻斯特Winchester技术,并于1973年推出,沿用至今;1.1硬盘的工作原理:硬盘保存数据的方法是根据电和磁相互转换的原理来实现的。硬盘是一个密封的“大铁盒子”,人们将磁性物质附着在硬盘盘片上,并将盘片安装在主轴电机上,当硬盘驱动器开始工作时,主轴电机将带动硬盘盘片一起转动,在盘片表面的磁头将在电路的控制下进行移动,并将指定位置的数据读取出来,或将数据存储到指定的位置。那么硬盘是如何进行读取和写入数据的呢?当系统从硬盘上读取数据时,磁头经过系统指定的盘片区域,盘片表面的磁场磁头内部的感应线圈产生感应电流或者使其线圈阻抗产生变化,再将这种电流或变化通过专门的电路进行转换和翻译成机器能识别的二进制数;当系统向硬盘写入数据时,电脑先将数据转化成电流,磁头中将通过较强的电流,强电流将产生磁场,并使盘片表面磁性物质状态发生改变,当电流磁场消失后该状态仍能保持。1.2硬盘的结构:硬盘是电脑中容量最大的外部存储器,其外观就像一个长方形铁盒子。在硬盘背面通常是一块很大的集成电路板,这是控制硬盘工作的主控芯片和集成电路。硬盘组成结构图在硬盘内部,盘片被固定在主轴电机上并随主轴电机一起旋转,IDE接口硬盘主轴电机的转速一般为5400RPM或7200RPM,而SCSI硬盘则高达10000~15000RPM。磁头不停地作径向运动,进行数据的读写操作。在硬盘中,每个磁片的上下两面各有一个磁头,它们与磁片并不接触,磁头和盘片之间的距离极微小,比一根头发丝的直径还要小。如果磁头碰到了高速旋转的磁片,会破坏表面的涂层和存储在那里的数据,磁头也会损坏,所以在硬盘通电的情况下不要移动主机。硬盘对密封性要求很高,由于硬盘的结构十分精密,硬盘的盘片和磁头之间只有很小的间隙。当硬盘工作时盘片会高速转动,灰尘颗粒对于硬盘盘片来说,就象一颗巨大的“陨石”,足以引起一场风暴,砸毁磁粉涂层,磁头也会被这些“陨石”损坏。因此绝对不允许随便打开硬盘导致灰尘进入。硬盘的结构硬盘是由磁头(Heads)、磁道(Tracks)、扇区(Sectors)柱面(Cylinders)硬盘的盘面硬盘的主轴电机组成。1、硬盘的磁头:硬盘中数据存取的关键部件是磁头,通过它才能进行数据读写操作。磁头的磁阻感应是全封闭式的,通过其进行读写操作,将信息记录在硬盘内部特殊的介质上。
2、硬盘的磁道:磁道:当磁盘旋转时,磁头若保持在一个位置上,则每个磁头都会在磁盘表面划出一个圆形轨迹,这些圆形轨迹就叫做磁道。3、扇区:硬盘上的每个磁道被等分为若干个弧段,这些弧段就是磁盘的扇区,每个扇区可以存放512个字节的信息,磁盘驱动器在向磁盘读取和写入数据时,要以扇区为单位。4、柱面:硬盘通常由重叠的一组盘片构成,每个盘面都被划分为数目相等的磁道,并从外缘的“0”开始编号,具有相同编号的磁道形成一个圆柱,称之为磁盘的柱面。5、硬盘的盘面:目前,主流硬盘的盘片一般都是以金属材料制成,金属材料被压制成薄膜盘片,这种金属薄膜磁盘比普通的金属磁盘具有更高的剩磁和高矫顽力,因此硬盘厂商广泛采用此技术。剩磁(Remanence)是指经消磁后,残留在磁介质上的磁感应;高矫顽力(CoerciveForce)是指作用于磁化材料以去除剩磁的反向磁通强度。6、硬盘的主轴电机:主轴电机是带动硬盘盘片高速旋转的动力机构,当盘片高速运转时会在磁头和盘片间产生一种气压,并使磁头飘浮在盘片上方。为了提升硬盘数据的读取速度,硬盘的主轴电机转速也在不断地提升,传统的普通滚珠轴承马达已经不能满足高转速的要求,高转速带来的磨损加剧、温度升高和噪声增大等一系列负面问题,迫切要求对这一技术进行改进。目前,在硬盘上都采用了能适应高转速要求的液态轴承马达(FluidDynamicBearingMotors)。液态轴承马达顾名思义是指用黏膜液油膜代替了原先的滚珠,用这种轴承可以避免金属与金属面的直接磨擦,还可以降低马达的噪声和温度。此外,油膜吸收外来的震动很有效,使硬盘的抗震能力也有了很大的提高。二、硬盘的性能指标1.转速:硬盘的主轴电机是硬盘盘片转动的动力来源,它直接决定了硬盘的转速。理论上,硬盘的转速越快越好,转速越快,硬盘平均寻道时间和数据存取时间也就越短,其数据的传输率也就越高。不过,随着硬盘转速的提高,给硬盘带来的负面影响也越大,转速越快硬盘的发热量越大,电机的耗电量也非常高,震动也越大,这给机器的稳定运行带来了隐患。2.磁头技术:硬盘的磁头技术主要有磁阻磁头、巨型磁阻磁头和光学辅助温式等几种。磁阻磁头技术(Magneto-ResistiveHead)是一种较老的硬盘磁头技术,这和录音机上用的磁带技术有些类似,不过由于其已达到了数据存储密度的极限,目前已被淘汰。巨型磁阻磁头技术(GMR)是现在广泛采用的磁头技术,它由磁阻磁头技术发展而来,它对有效提高磁盘盘片的数据存储密度有很大的作用。3.硬盘缓冲区:硬盘的缓冲区是指硬盘上的高速数据缓(Cache),其大小和速度影响着硬盘的整体性能。缓冲区是焊接在硬盘控制器电路板上的一块DRAM内存,其速度极快。该内存有回写式和通写式两种。回写式指的是在内存中保留部分数据,当硬盘空闲时再进行写入。通写式是指在读硬盘时,系统先检查请求,并且寻找需要的数据是否在高速缓存中,如果在,缓存就会发送出相应的数据,不必再找寻硬盘,从而大幅度改善硬盘的性能。硬盘传送数据时,当读取一部分后,再传送给缓存;写入时也一样,先将要写入的数据存放到缓存中,达到一定大小后再存放到硬盘的盘片上。随着硬盘传输率的提高,数据缓存的速度和大小也影响着硬盘速度,较早的IDE硬盘只有128KB的数据缓存甚至更小,在高端的SCSI硬盘上才有2MB的数据缓存。随着硬盘预读取技术的发展和普及,硬盘对数据缓存的容量要求也逐渐提高,目前主流IDE硬盘数据缓存都达到了2MB或8MB。4.防震技术:目前硬盘的防震技术主要有SPS防震技术和ShockBlock防震保护系统。SPS防震保护系统主要是分散外来冲击能量,尽量避免硬盘磁头和盘片之间的意外撞击,使硬盘能够承受10000N以上的意外冲击力。ShockBlock防震保护系统是Maxtor公司的专利技术,但也是采用分散外来的冲击能量的方法,尽量避免磁头和盘片相互撞击,它能承受的最大冲击力可以达到15000N甚至更高。5.平均寻道时间(Averageseektime):平均寻道时间指硬盘在盘面上移动读写头至指定磁道寻找相应目标数据所用的时间,它描述硬盘读取数据的能力,单位为ms(毫秒)。当单碟容量增大时,磁头的寻道动作和移动距离减少,从而使平均寻道时间减少,加快硬盘运行速度。目前市场上主流硬盘的平均寻道时间一般在9ms以下。6.平均潜伏时间(Averagelatencytime):平均潜伏时间是指当磁头移动到数据所在的磁道后,等待所要的数据块转动到磁头下的时间,单位为毫秒(ms)。7.平均访问时间(Averageaccesstime):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。平均访问时间最能够代表硬盘找到某一数据所用的时间,平均访问时间越短越好,一般在11ms~18ms之间。8.全程访问时间(Maxfullseektime):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)。9.最大内部数据传输率(Internaldatatransferrate):最大内部数据传输率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数据线密度(指同一磁道上的数据间隔度),也称为持续数据传输率。由于内部数据传输率才是系统真正的瓶颈,因此在购买硬盘时要分清这两个概念。不过一般来说,硬盘的转速相同时,单碟容量大的内部数据传输率高;在单碟容量相同时,转速高的硬盘的内部数据传输率高。10.最大外部数据传输率:数据从电脑的内存传送至硬盘的高速缓冲区(CacheBumffer)或从硬盘的高速缓冲区传送至电脑内存的传输率,称为外部传输率,以MB/s为单位。目前数据传输率的传输模式大多是UDMA/100或UDMA/133。11.连续无故障时间(MTBF):指硬盘从开始运行到出现故障的最长时间。一般硬盘的MTBF至少在30000或40000小时,性能好的硬盘甚至可以达到50000小时以上。12.单磁道时间:磁头从一磁道转移至另一磁道所用的时间,单位为毫秒。13.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满足不断增长的存储容量的需求是不可行的。只有提高每张碟片的容量才能从根本上解决这个问题。大容量硬盘的单碟容量大都在60GB以上,希捷甚至已经推出单碟容量达到200GB的硬盘。单碟容量的一个重要意义在于提升硬盘的数据传输速度。三、硬盘的选购要选购一块好的硬盘,除了了解其各项性能指标外,最关键的是要了解硬盘是否符合自己的要求,如硬盘的容量、接口、缓存以及硬盘的售后服务等3.1硬盘的选择1.容量:用户通常在购买硬盘时首要考虑的是硬盘容量。硬盘的容量和价格有这样的关系:硬盘的容量越大,为其每单位容量所付的费用就越低。硬盘内每张盘片的容量的大小即为硬盘单碟容量,如果单碟容量越大,实现同样大小的容量可以用更少的碟片数,这样可以有效地降低硬盘成本,同时,相同容量的硬盘所使用的盘片数越少,其相对的平均寻道时间也就越短,这样硬盘的数据传输速率也较高。2.转速:转速即硬盘主轴电机和盘片的转动速度,硬盘的转速直接影响数据的存取速度,它对电脑系统的整体性能有较大的影响。目前市场上的硬盘主要有5400RPM和7200RPM两种,高转速的7200RPM硬盘主要用于普通的个人电脑,其内部传输速率比5400RPM的硬盘快33%以上。低转速的5400RPM硬盘具有发热量低、耗电量也较低的特点,在不需要频繁存取数据或者对读取速度要求不高的领域使用较广,如在对功耗有严格要求的笔记本电脑上采用的就是5400RPM的硬盘。3.稳定性:除了容量和转速之外,硬盘运行时的稳定性也是值得考虑的因素。买个速度快、容量又大的硬盘,但稳定性很差,时不时的出现系统死机,或在用一段时间后无故出现坏道,都是很头痛的问题,所以在选购之前最好了解相关硬盘的评测数据和了解已经购买电脑的朋友的硬盘使用情况。4.缓存容量:缓存是硬盘与外部总线交换数据的场所,硬盘的读写过程是经过磁信号转换成电信号后,通过缓存的一次次填充与清空,然后再一步步地按照PCI总线周期进行传送,所以缓存的容量与速度可以直接关系到硬盘的传输速度。它的容量有512KB,2MB和8M。5.售后服务:由于硬盘读写操作比较频繁,所以保修问题更是突出。现在一般的情况下,硬盘提供的保修服务是3年质保(1年包换、2年保修)。所以买硬盘一定要通过正规的渠道购买,这样在出了问题的时候才有保障。6.发热问题:随着硬盘主轴电机转速的越来越快,硬盘的发热量也越来越大。若硬盘散发的热量不能及时地散掉,硬盘中的热量就会越积越多,使硬盘的温度急剧升高。这会使硬盘的电路工作不稳定,在高温下,硬盘的盘片与磁头长时间工作也容易使盘片出现读写错误和坏道,这对硬盘使用寿命也有极大的影响。3.2常见硬盘介绍目前在市场上生产硬盘的公司主要有HITACHI(日立)、Seagate(希捷)公司、Maxtor(迈拓)公司、Samsung(三星)公司、WesternDigital(西数)公司等,Seagate硬盘:希捷硬盘可以用“物美价廉”来形容,希捷公司是当前硬盘界研发的领头羊,当希捷收购了硬盘界的巨头昆腾时引起了硬盘界的不小震动。希捷是最早推出S-ATA接口标准硬盘的厂家,另外也是第一个推出单碟容量200GB硬盘的厂家,实力非同一般,希捷硬盘的酷鱼系列有很高的市场占有率。Maxtor硬盘:DiamondMAXPlus9系列是Maxtor针对高性能桌面PC推出的最新硬盘驱动器,单碟容量为80GB,其单位存储密度的提升同时也意味着其具有比以前更快的持续传输速率。希捷硬盘和迈拓硬盘Samsung硬盘:具有三星独特的ImpacGuard和SSB(ShockSkinBumper)技术。其中SSB(震动外壳缓冲)是在三星硬盘外壳上具有一圈一次成型的外框,有缓冲震动的作用,减小震动对硬盘内部的影响。ImpacGuard则是加强了硬盘磁头的抗震能力。WesternDigital(西部数据):由于其产品性价比较高,品质和服务都又有比较充分的保障,所以西数的鱼子酱系列得到了不少用户的青睐。目前西数公司已经推出了转速到达10000RPM的IDE桌面级硬盘。三星硬盘和西部数据硬盘日立硬盘:日立环球存储科技公司创立于2003年,由IBM和日立两家公司的存储业务部门战略合并而成。公司着眼于通过提供适用于办公室、途中以及家庭的大容量存储产品使用户全面融入数字化生活。主要产品:台式机硬盘,移动电子产品硬盘,服务器硬盘,磁头/碟片,新兴市场硬盘使用注意事项为您的关键服务提供不间断电源(UPS)要防止温度过高定期整理硬盘碎片做好病毒防护以及操作系统升级工作用手拿硬盘时要小心在工作中最好不要移动硬盘硬盘在工作时不能突然关机防止灰尘进入
四、光盘驱动器1、光盘驱动器概述:光盘驱动器(CD-ROM)简称光驱,是电脑中最重要的外部存储器之一。在早期的电脑中是没有光驱的,只有软驱,电脑之间数据和文件的复制、移动都是通过软盘实现的。有时复制大容量的数据文件要用很多张软盘,而且只要一张软盘有问题,整个操作便会无法进行。随着文件容量的增大,小小的软盘容量已不能满足人们的需求,并且软盘很容易被损坏导致数据无法读取,这便促使人们去开发新一种存储设备,于是光驱便诞生了。2、光驱的工作原理CD-ROM光盘驱动器的工作原理是当光驱读盘时,用光反射原理将光盘上的数据读取出来。激光头是光驱的心脏,也是最精密的部分。它主要负责数据的读取工作。常见的光盘就是将模拟数据通过刻录设备在其上刻出的一系列的信号凹坑,并在光盘的另一面涂上反光材料制成的。而激光头发出的光束照到光盘的凹凸处所反射不同的信号,通过光驱中的数字电路,将不同的信号转换成数字信号,电脑就根据这些数字信号来完成数据的输出。3、光驱的分类光驱是对所有的光盘驱动器的统称,以前专指CD-ROM,经过不断的发展和创新,出现了DVD-ROM、CD-R、CD-RW、DVD-RW以及具备CD/DVD读取能力和CD-R/RW刻录能力的COMBO(俗称“康宝”)等类型。3.1、CD-ROM光驱:CD-ROM光驱即只读光盘存储器,是最常见的光盘驱动器,能读取CD、VCD、CD-R、CD-RW格式的光盘,但无法读取DVD格式的光盘。CD-ROM光驱普及面非常广,兼容性和速度都很不错。CD-ROM的存储容量约为650MB333,000个扇区,每个扇区有2048个字节,则它可录制333,000×2,048=681,984,000字节,即650M。3.2、DVD-ROM:DVD驱动器是用来读取DVD盘上数据的设备,从外形上看和CD-ROM驱动器一样。DVD驱动器完全兼容现在流行的VCD、CD-ROM、CD-R、等格式,DVD-ROM单面单层容量为4.7G,单面双层DVD为9.4G,而双面双层可以达到17G的海量存储。从目前的情况看,DVD光盘已经渐渐地作为软件载体。因此,用户完全可以购买DVD-ROM光驱来取代CD-ROM光驱。3.3、CD-R光驱简单地讲,CD-R光驱就是可以一次写入、多次读出的光盘刻录机。CD-R的工作原理就是在空白的CD盘片上烧制出“小坑”,也就是记录数据的反射点。因此,所有经CD-R刻出的盘都可以在普通的CD-ROM上顺利读取。当然CD-R光驱也具备和CD-ROM光驱一样读取普通光盘的功能。3.4、CD-RW光驱CD-RW是一种“重复写入”技术。CD-RW刻录机能够反复擦写CD-RW光盘的原理主要是“相变”技术,同CD-R一样利用激光的大功率照射,对光盘本身的感光物质进行瞬间的加温,和CD-R不同的是进行了相位转换,用以记录数据,由此可以制造出能够被读取的反射点,而且这些类似小“泡”的反射点可以被重复烧制。由于CD-RW盘片可重复写入,因此每张CD-RW盘片较CD-R盘片贵。3.5、COMBO光驱:如果用公式来描述COMBO光驱,那么COMBO光驱=CD-RW+DVD-ROM。COMBO光驱具备DVD光驱的功能,并且能刻录CD-R和CD-RW格式的光盘。COMBO光驱的出现使DVD光驱和CD刻录机合为一体,用户便不用再单独购买这两种设备,COMBO光驱。3.6、DVD刻录机DVD刻录机能兼容读取所有格式的光盘,并且能刻录CD、DVD等多种格式的光盘,是目前功能最强大的光盘驱动器。由于DVD光盘的大容量,使得DVD刻录机越来越受到用户的青睐。4、光驱性能指标:4.1、接口类型:目前市面上的光驱的接口主要有:IDE、EIDE、SCSI和USB等。后两种接口的传输速度较快,但是SCSI接口的CD-ROM价格较贵,安装较复杂,需要专门的转接卡。对一般用户应尽量选择IDE接口的CD-ROM。注:MA表示主盘,SL表示副盘。光驱的CD音频接口一般有4根针,分别是左右声道和两个地线,R代表右声道,L代表左声道,G代表地线。4.2、高速缓存:光驱的缓存是提高光驱综合性能的一个重要因素,原理与主板缓存相似。理论上缓存越大则光驱速度越快,对于IDE接口的光驱来讲,由于面向普通用户,特殊用途不多,因此其多数产品的缓存仍使128KB或256KB(少数达到了512KB)。4.3、平均寻道时间:平均寻道时间也称平均读取时间(AverageSeekTime),它也是衡量光驱性能的一个重要标准。它指的是从检测光头定位到开始读盘这个过程所需要的时间,单位是ms。一般来说,平均寻道时间越小越好。4.4、倍速:在制定CD-ROM标准时,把150Kbit/s的传输率定为标
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