第2章2.6外存储器

2.6外存储器2.6.1硬盘存储器2.6.2U盘、存储卡和固态硬盘2.6.3光盘存储器PC机的外存储器硬盘存储器软盘驱动器光盘驱动器2.6.1硬盘存储器硬盘存储器概述功用：长期保存二进制信息（非易失性存储器）特点：可读可写容量很大（当前台式PC：500GB~2000GB）可靠性高成本极低（当前：1~2GB/元）技术发展很快，容量将更大，成本会更低磁盘存储器的信息存储原理(1)磁头，用于写入和读出信息“0”“1”盘片旋转方向磁盘片磁性材料粒子的两种不同磁化方向，分别表示记录的是“0”还是“1”磁盘存储器的信息记录原理(2)写“1”写“0”电流方向磁头盘片旋转方向磁性材料粒子磁盘表面磁道扇区磁盘的磁道和扇区磁盘表面被分为许多同心圆，每个同心圆称为一个磁道。每个磁道都有一个编号，最外面的是0磁道每个磁道被划分为若干段（段又叫扇区），每个扇区的存储容量均为512字节。每个扇区都有一个编号注：所谓磁盘的格式化操作，就是在盘面上划分磁道和扇区，并在扇区中填写扇区号等信息的过程硬盘存储器的结构控制电路硬盘片接口柱面所有盘片上相同半径处的所有磁道构成一个“柱面”磁头磁头浮在高速旋转的盘片上，它负责盘片上数据的写入或读出移动臂用来固定磁头并可带动磁头沿盘片径向高速移动，以便定位到指定的“柱面”主轴带动盘片高速旋转信息的平均存取时间磁盘上的信息以扇区为单位进行读写，平均存取时间为：

T=寻道时间+旋转等待时间+数据传输时间寻道时间——磁头寻找到指定磁道所需时间(大约5ms)旋转等待时间——指定扇区旋转到磁头下方所需要的时间(大约4～6ms)(转速：4200/5400/7200/10000rpm)数据传输时间——(大约0.01ms/扇区)磁头磁道旋转轴碟片硬盘存储器的性能指标（1）容量：以GB为单位，目前硬盘单碟容量约为几百个GB（2）平均存取时间：在几ms～几十ms之间，由硬盘的旋转速度、磁头寻道时间和数据传输速率所决定（3）缓存容量：原则上越大越好，通常为几MB～几十MB（4）数据传输速率外部传输速率指主机从（向）硬盘缓存读出（写入）数据的速度，与采用的接口类型有关内部传输速率指硬盘在盘片上读写数据的速度，转速越高内部传输速率越快

（5）与主机的接口：以前使用：并行ATA（ATA）接口当前流行：串行ATA（SATA）接口选讲：

关于硬盘的SATA接口(1)前几年PC大多使用并行ATA接口UltraATA100或UltraATA133接口，传输速率最高分别为100MB/s和133MB/s近几年开始大量采用SATA接口(150、300、600MB/s)串行传输方式，工作频率高(1.5GHz-3GHz)低电平差分信号，内嵌时钟信号传输线长度增加，插头插座体积缩小选讲：

关于硬盘的SATA接口(2)并行ATA接口的连接电缆SATA接口的连接电缆SATA接口电路功能SATA接口采用差分信号串行传输使用硬盘应注意什么?正在对硬盘读写时不能关掉电源保持使用环境的清洁卫生，注意防尘；控制环境温度，防止高温、潮湿和磁场的影响防止硬盘受震动，工作时不要移动机器及时对硬盘内容进行整理，包括目录的整理、文件的清理、磁盘碎片整理等防止计算机病毒对硬盘的破坏，对硬盘定期进行病毒检测移动硬盘工作原理与固定硬盘相同存储容量较大（30GB～160GB、320GB）采用USB或IEE1394接口，即插即用，支持热插拔(必须先停止工作)小巧而便于携带速度快，安全可靠移动硬盘2.6.2U盘、存储卡

和固态硬盘优盘采用NANDFlash存储器（闪存）芯片，体积小，重量轻容量按需要而定（几十MB～几十GB），具有写保护功能数据保存安全可靠，使用寿命长使用USB接口，即插即用，支持热插拔(必须先停止工作)读写速度比较快可以模拟光驱和硬盘启动操作系统存储卡原理与U盘相同，也使用闪存芯片（flashmemory）做成长方形或正方形的卡片状，使用印刷插头，不使用USB插头使用读卡器才能对存储卡进行读写存储卡的主要种类：CF卡MMC卡SD/SDHC卡（包括MiniSD卡、MicroSD卡）MemoryStick卡(MS卡)用途：数码相机、游戏机、手机、MP3播放器外置“多合一读卡器”关于SD卡按尺寸大小分：SD卡MiniSD卡MicriSD卡（TF卡）按容量大小分：SD（8MB~2GB）SDHC（大于2GB~32GB）SDXC（大于32GB~2TB）按存取速度分（从快到慢）：UHS-I、UHS-IIClass10Class6Class4····固态硬盘（SSD）固态硬盘(SolidStateDisk、SolidStateDrive)是使用NAND型闪存做成的外存储器用途：在便携式计算机中代替传统的硬盘外形及与主机的接口和常规硬盘相同，如1.8英寸、2.5英寸或3.5英寸存储容量：64GB～128GB或更大优点：低功耗、无噪音、抗震动、低热量，读写速度也快于传统硬盘存在问题：成本：高于常规的硬盘寿命：Flash存储器都有一定的写入寿命、寿命到期后数据会读不出来且难以修复平板电脑/智能手机的外存储器多数平板电脑的外存储器既不是硬盘也不是SSD：iPad是将NAND型Flash芯片直接焊接在主板上作为外存储器，容量可以是16,32,64,或128GB；微软公司的平板电脑Surface使用的是microSDXC存储卡多数智能手机的外存储器是microSD存储卡2.6.3光盘存储器光盘存储器的发展分代年代名称激光类型存储容量第1代1982CD光盘存储器红外光650MB第2代1995DVD光盘存储器红光4.7GB第3代2006BD光盘存储器蓝光25GB（注：DVD和BD的容量均为单面单层的容量）选讲：

光盘的信息记录原理光盘上的螺旋形光道凹坑的边缘用来表示“1”，而凹坑内外的平坦部分表示“0”选讲：

光盘驱动器的工作原理

驱动器由光头、光头驱动机构、盘片驱动机构、控制电路等组成激光器发出的激光经过透镜聚焦后到达光盘，从光盘上反射回来的激光束沿原来的光路返回，到达激光束分离器后反射到光电检测器，由光电检测器把光信号变成电信号，再经过电子线路处理后还原成原来的二进制数据光头为什么DVD容量比CD大得多？1)更小的凹点长度(~2.08x),2)数据轨道间隔更紧密(~2.16x),3)采用较短波长的635nm或650nm的红色激光,使激光斑点直径缩小,提高信息的鉴别能力.4)数据区域稍大一点(~1.02x),5)更有效的信道比特调制(~1.06x),6)更有效的纠错码(~1.32x),7)较少的段开销(~1.06x).光盘驱动器的类型按信息读写能力分只读光驱可写光驱（光盘刻录机）按可处理盘片类型进一步分成：CD只读光驱CD刻录机DVD只读光驱DVD刻录机DVD只读/CD刻录机组合而成的“康宝”BD（Blue-rayDisc）只读光驱BD刻录机（使用405nm蓝色激光）25

GB/50

GB（使用650nm红色激光）4.7

/8.5

/9.4/17GB（使用780nm红外激光）0.7

GB光盘片的类型按存储容量与读写特性分：CD盘片DVD盘片蓝光盘片只读盘片（CD-ROM）一次性可写盘片（CD-R）可擦写盘片（CD-RW）只读盘片（DVD）一次性可写盘片（DVD-R,DVD+R）可擦写盘片（DVD-RW,DVD+RW

DVD-RAM

）只读盘片（BD）一次性可写盘片（BD-R）可擦写盘片（BD-RE）蓝光盘资料:DVD刻录机和DVD光盘的容量DVD刻录盘目前有2大类、5种规格：一次性可写：DVD-R、DVD+R可擦写：DVD-RAM、DVD-RW、DVD+RWSuperMulti

DVD刻录机能够兼容上述大部或全部盘片DVD盘片的容量：DVD光盘类型120mmDVD存储容量(GB)80mmDVD存储容量(GB)单面单层(SS/SL)

单面双层(SS/DL)

双面单层(DS/SL)

双面双层(DS/DL)

4.7(DVD-5)8.5(DVD-9)9.4(DVD-10)17(DVD-18)

1.46(DVD-1)2.66(DVD-2)2.92(DVD-3)5.32(DVD-4)资料:光盘驱动器与盘片的兼容性PressedCDCD-RCD-RWPressedDVDDVD-RDVD+RDVD-RWDVD+RWDVD+RDLPressedBDBD-RBD-RECD-ROMdriveReadReadReadNoneNoneNoneNoneNoneNoneNoneNoneNoneCD-RWrecorderReadWriteWriteNoneNoneNoneNoneNoneNoneNoneNoneNoneDVD-ROMdriveReadReadReadReadReadReadReadReadReadNoneNoneNoneDVD-RWrecorderReadWriteWriteReadWriteReadWriteReadReadNoneNoneNoneDVD+RWrecorderReadWriteWriteReadReadWriteReadWriteReadNoneNoneNoneDVD±RWrecorderReadWriteWriteReadWriteWriteWriteWriteRead[5]NoneNoneNoneDVD±RW/