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文档简介
第5章多媒体存储技术
1高校计算机基础教育系列课程5.1多媒体存储的种类21.磁盘存储磁盘分为软盘和硬盘,软盘容量小,读写信息慢,不适合存储多媒体信息。硬盘分为台式机硬盘、效劳器硬盘、笔记本硬盘、移动硬盘等。一般硬盘正面贴有产品标签,主要包括厂家信息和产品信息,如商标、型号、序列号、生产日期、容量、参数和主从设置方法等。这些信息是正确使用硬盘的根本依据。硬盘主要由盘体、控制电路板和接口部件等组成。盘体是一个密封的腔体。硬盘的内部结构通常是指盘体的内部结构;控制电路板上主要有硬盘BIOS、硬盘缓存〔即CACHE〕和主控制芯片等单元;硬盘接口包括电源插座、数据接口和主、从跳线。5.1多媒体存储的种类31.磁盘存储数据接口跳线电源5.1多媒体存储的种类41.磁盘存储电源插座连接电源,为硬盘工作提供电力保证。数据接口是硬盘与主板、内存之间进行数据交换的通道,使用一根40针40线〔早期〕或40针80线〔当前〕的IDE接口电缆进行连接。新增加的40线是信号屏蔽线,用于屏蔽高速高频数据传输过程中的串扰。中间的主、从盘跳线插座,用以设置主、从硬盘,即设置硬盘驱动器的访问顺序。其设置方法一般标注在盘体外的标签上,也有一些标注在接口处,早期的硬盘还可能印在电路板上。此外,在硬盘外表有一个透气孔,它的作用是使硬盘内部气压与外部大气压保持一致。由于盘体是密封的,所以,这个透气孔不直接和内部相通,而是经由一个高效过滤器和盘体相通,用以保证盘体内部的洁净无尘,使用中注意不要将它盖住。5.1多媒体存储的种类52.硬盘的内部结构硬盘的内部结构通常专指盘体的内部结构。盘体是一个密封的腔体,里面密封着磁头、盘片〔磁片、碟片〕等部件。硬盘的盘片是硬质磁性合金盘片,片厚一般在0.5mm左右,直径主要有1.8英寸〔1〞=25.4mm〕、2.5英寸、3.5英寸和5.25英寸4种,其中2.5〞和3.5〞盘片应用最广。盘片的转速与盘片大小有关,考虑到惯性及盘片的稳定性,盘片越大转速越低。一般来讲,2.5〞硬盘的转速在5400rmp~7200rmp之间;3.5〞硬盘的转速在4500rmp~5400rmp之间;而5.25〞硬盘转速那么在3600rmp~4500rmp之间。随着技术的进步,现在2.5〞硬盘的转速最高已达15000rmp,3.5〞硬盘的转速最高已达12000rmp。5.1多媒体存储的种类62.硬盘的内部结构有的硬盘只装一张盘片,有的硬盘那么有多张盘片。这些盘片安装在主轴电机的转轴上,在主轴电机的带动下高速旋转。每张盘片的容量称为单碟容量,而硬盘的容量就是所有盘片容量的总和。早期硬盘由于单碟容量低,所以,盘片较多,有的甚至多达10余片,现代硬盘的盘片一般只有少数几片。一块硬盘内的所有盘片都是完全一样的,不然控制局部就太复杂了。一个牌子的一个系列一般都用同一种盘片,使用不同数量的盘片,就出现了一个系列不同容量的硬盘产品。5.1多媒体存储的种类72.硬盘的内部结构硬盘驱动器采用高精度、轻型磁头驱动/定位系统。这种系统能使磁头在盘面上快速移动,可在极短的时间内精确地定位在由计算机指令指定的磁道上。目前,磁道密度已高达5400Tpi〔每英寸磁道数〕或更高;人们还在研究各种新方法,如在盘上挤压〔或刻蚀〕图形、凹槽和斑点等作为定位和跟踪标记,以提高到和光盘相等的道密度,从而在保持磁盘机高速度、高位密度和高可靠性的优势下,大幅度提高存储容量。硬盘盘体完整结构5.1多媒体存储的种类82.硬盘的内部结构硬盘驱动器内的电机都是无刷电机,在高速轴承支持下机械磨损很小,可以长时间连续工作。高速旋转的盘体产生明显的陀螺效应,所以,在硬盘工作时不宜搬动,否那么,将增加轴承的工作负荷。为了高速存储和读取信息,硬盘驱动器的磁头质量小,惯性也小,所以,硬盘驱动器的寻道速度明显快于软驱和光驱。硬盘驱动器磁头与磁头臂及伺服定位系统是一个整体。伺服定位系统由磁头臂后的线圈和固定在底板上的电磁控制系统组成。由于定位系统限制,磁头臂只能在盘片的内外磁道之间移动。因此,不管开机还是关机,磁头总在盘片上;所不同的是,关机时磁头停留在盘片启停区,开机时磁头“飞行〞在磁盘片上方。5.1多媒体存储的种类92.硬盘的逻辑结构硬盘上的数据是如何组织与管理的呢?硬盘首先在逻辑上被划分为磁道、柱面以及扇区。每个盘片的每个面都有一个读写磁头,磁盘盘面区域的划分如下图。磁头靠近主轴接触的外表,即线速度最小的地方,是一个特殊的区域,它不存放任何数据,称为启停区或着陆区〔LandingZone〕,启停区外就是数据区。在最外圈,离主轴最远的地方是“0〞磁道,硬盘数据的存放就是从最外圈开始的。那么,磁头是如何找到“0〞磁道的位置的呢?由“0〞磁道检测器来完成硬盘的初始定位。“0〞磁道是如此的重要,以致很多硬盘仅仅因为“0〞磁道损坏就报废,这是非常可惜的。5.1多媒体存储的种类105.1多媒体存储的种类11早期的硬盘在每次关机之前需要运行一个被称为Parking的程序,其作用是让磁头回到启停区。现代硬盘在设计上已摒弃了这个虽不复杂却很让人不愉快的小缺陷。硬盘不工作时,磁头停留在启停区,当需要从硬盘读写数据时,磁盘开始旋转。旋转速度到达额定的高速时,磁头就会因盘片旋转产生的气流而抬起,这时磁头才向盘片存放数据的区域移动。盘片旋转产生的气流相当强,足以使磁头托起,并与盘面保持一个微小的距离。这个距离越小,磁头读写数据的灵敏度就越高,当然对硬盘各部件的要求也越高。早期设计的磁盘驱动器使磁头保持在盘面上方几微米处飞行。稍后一些设计使磁头在盘面上的飞行高度降到约0.1μm~0.5μm,现在的水平已经到达0.005μm~0.01μm,这只是人类头发直径的千分之一。气流既能使磁头脱离开盘面,又能使它保持在离盘面足够近的地方,非常紧密地跟随着磁盘外表呈起伏运动,使磁头飞行处于严格受控状态。磁头必须飞行在盘面上方,而不是接触盘面,这种位置可防止擦伤磁性涂层,而更重要的是不让磁性涂层损伤磁头。但是,磁头也不能离盘面太远,否那么,就不能使盘面到达足够强的磁化,难以读出盘上的磁化翻转〔磁极转换形式,是磁盘上实际记录数据的方式〕。5.1多媒体存储的种类12硬盘驱动器磁头的飞行悬浮高度低、速度快,一旦有小的尘埃进入硬盘密封腔内,或者一旦磁头与盘体发生碰撞,就可能造成数据丧失,形成坏块,甚至造成磁头和盘体的损坏。所以,硬盘系统的密封一定要可靠,在非专业条件下绝对不能开启硬盘密封腔,否那么,灰尘进入后会加速硬盘的损坏。另外,硬盘驱动器磁头的寻道伺服电机多采用音圈式旋转或直线运动步进电机,在伺服跟踪的调节下精确地跟踪盘片的磁道,所以,硬盘工作时不要有冲击碰撞,搬动时要小心轻放。这种硬盘就是采用温彻斯特〔Winchester〕技术制造的硬盘,所以也被称为温盘。其结构特点如下。5.1多媒体存储的种类13①磁头、盘片及运动机构密封在盘体内。②磁头在启动、停止时与盘片接触,在工作时因盘片高速旋转,带动磁头“悬浮〞在盘片上面呈飞行状态〔空气动力学原理〕,“悬浮〞的高度约为0.1μm~0.3μm,这个高度非常小,以下图标出了这个高度与头发、烟尘和手指印的大小比较关系,从这里可以直观地“看〞出这个高度有多“高〞。5.1多媒体存储的种类14下面对“盘面〞、“磁道〞、“柱面〞和“扇区〞的含义逐一进行介绍。1.盘面号硬盘的盘片一般用铝合金材料做基片,高速硬盘也可能用玻璃做基片。玻璃基片更容易到达所需的平面度和光洁度,且有很高的硬度。磁头传动装置是使磁头部件作径向移动的部件,通常有两种类型的传动装置。一种是齿条传动的步进电机传动装置;另一种是音圈电机传动装置。前者是固定推算的传动定位器,而后者那么采用伺服反响返回到正确的位置上。磁头传动装置以很小的等距离使磁头部件做径向移动,用以变换磁道。硬盘的每一个盘片都有两个盘面〔Side〕,即上、下盘面,一般每个盘面都会利用,都可以存储数据,成为有效盘片,也有极个别的硬盘盘面数为单数。每一个这样的有效盘面都有一个盘面号,按顺序从上至下从“0〞开始依次编号。在硬盘系统中,盘面号又叫磁头号,因为每一个有效盘面都有一个对应的读写磁头。硬盘的盘片组在2~14片不等,通常有2~3个盘片,故盘面号〔磁头号〕为0~3或0~5。5.1多媒体存储的种类152.磁道磁盘在格式化时被划分成许多同心圆,这些同心圆轨迹叫做磁道〔Track〕。磁道从外向内从0开始顺序编号。硬盘的每一个盘面有300~1024个磁道,新式大容量硬盘每面的磁道数更多。信息以脉冲串的形式记录在这些轨迹中,这些同心圆不是连续记录数据,而是被划分成一段段的圆弧,这些圆弧的角速度一样。由于径向长度不一样,所以,线速度也不一样,外圈的线速度较内圈的线速度大,即同样的转速下,外圈在同样时间段里,划过的圆弧长度要比内圈划过的圆弧长度大。每段圆弧叫做一个扇区,扇区从“1〞开始编号,每个扇区中的数据作为一个单元同时读出或写入。一个标准的3.5〞硬盘盘面通常有几百到几千条磁道。磁道是“看〞不见的,只是盘面上以特殊形式磁化了的一些磁化区,在磁盘格式化时就已规划完毕。5.1多媒体存储的种类163.柱面所有盘面上的同一磁道构成一个圆柱,通常称做柱面〔Cylinder〕,每个圆柱上的磁头由上而下从“0〞开始编号。数据的读/写按柱面进行,即磁头读/写数据时首先在同一柱面内从“0〞磁头开始进行操作,依次向下在同一柱面的不同盘面即磁头上进行操作,只在同一柱面所有的磁头全部读/写完毕后磁头才转移到下一柱面,因为选取磁头只需通过电子切换即可,而选取柱面那么必须通过机械切换。电子切换相当快,比在机械上磁头向邻近磁道移动快得多,所以,数据的读/写按柱面进行,而不按盘面进行。也就是说,一个磁道写满数据后,就在同一柱面的下一个盘面来写,一个柱面写满后,才移到下一个扇区开始写数据。读数据也按照这种方式进行,这样就提高了硬盘的读/写效率。一块硬盘驱动器的圆柱数〔或每个盘面的磁道数〕既取决于每条磁道的宽窄〔同样,也与磁头的大小有关〕,也取决于定位机构所决定的磁道间步距的大小。更深层的内容请参考其他书籍,限于篇幅,这里不再深入介绍。5.1多媒体存储的种类174.扇区操作系统以扇区〔Sector〕形式将信息存储在硬盘上,每个扇区包括512个字节的数据和一些其他信息。一个扇区有两个主要局部:存储数据地点的标识符和存储数据的数据段,如右图所示。5.1多媒体存储的种类18标识符就是扇区头标,包括组成扇区三维地址的三个数字:扇区所在的磁头〔或盘面〕、磁道〔或柱面号〕以及扇区在磁道上的位置即扇区号。头标中还包括一个字段,其中有显示扇区是否能可靠存储数据,或者是否已发现某个故障因而不宜使用的标记。有些硬盘控制器在扇区头标中还记录有指示字,可在原扇区出错时指引磁盘转到替换扇区或磁道。最后,扇区头标以循环冗余校验〔CRC〕值作为结束,以供控制器检验扇区头标的读出情况,确保准确无误。扇区的第二个主要局部是存储数据的数据段,可分为数据和保护数据的纠错码〔ECC〕。在初始准备期间,计算机用512个虚拟信息字节〔实际数据的存放地〕和与这些虚拟信息字节相应的ECC数字填入这个局部。5.1多媒体存储的种类19扇区头标包含一个可识别磁道上该扇区的扇区号。有趣的是,这些扇区号物理上并不连续编号,它们不必用任何特定的顺序指定。扇区头标的设计允许扇区号可以从1到某个最大值,某些情况下可达255。磁盘控制器并不关心上述范围中什么编号安排在哪一个扇区头标中。在很特殊的情况下,扇区还可以共用相同的编号。磁盘控制器甚至根本就不管数据区有多大,只管读出它所找到的数据,或者写入要求它写的数据。给扇区编号的最简单方法是l,2,3,4,5,6等顺序编号。如果扇区按顺序绕着磁道依次编号,那么,控制器在处理一个扇区的数据期间,磁盘旋转太远,超过扇区间的间隔〔这个间隔很小〕,控制器要读出或写入的下一扇区已经通过磁头,也许是相当大的一段距离。在这种情况下,磁盘控制器就只能等待磁盘再次旋转几乎一周,才能使得需要的扇区到达磁头下面。5.1多媒体存储的种类20显然,要解决这个问题,靠加大扇区间的间隔是不现实的,那会浪费许多磁盘空间。许多年前,IBM的一位杰出工程师想出了一个绝妙的方法,即对扇区不使用顺序编号,而是使用一个交叉因子〔interleave〕进行编号。交叉因子用比值的方法来表示,如3﹕1表示磁道上的第1个扇区为1号扇区,跳过两个扇区即第4个扇区为2号扇区,这个过程持续下去直到给每个物理扇区编上逻辑号为止。例如,每磁道有17个扇区的磁盘按2﹕1的交叉因子编号就是:l,10,2,11,3,12,4,13,5,14,6,15,7,16,8,17,9,而按3﹕1的交叉因子编号就是:l,7,13,2,8,14,3,9,15,4,10,16,5,11,17,6,12。当设置1﹕l的交叉因子时,如果硬盘控制器处理信息足够快,那么,读出磁道上的全部扇区只需要旋转一周;但如果硬盘控制器的后处理动作没有这么快,磁盘所转的圈数就等于一个磁道上的扇区数,才能读出每个磁道上的全部数据。将交叉因子设定为2﹕1时,磁头要读出磁道上的全部数据,磁盘只需转两周。如果2﹕1的交叉因子仍不够慢,磁盘旋转的周数约为磁道的扇区数,这时,可将交叉因子调整为3﹕1,如以下图所示。5.1多媒体存储的种类21右图所示的是典型的MFM〔ModifiedFrequencyModulation,改进型调频制编码〕硬盘,每磁道有17个扇区,画出了用三种不同的扇区交叉因子编号的情况。最外圈的磁道〔0号柱面〕上的扇区用简单的顺序连续编号,相当于扇区交叉因子是1﹕1。1号磁道〔柱面〕的扇区按2﹕1的交叉因子编号,而2号磁道按3﹕1的扇区交叉因子编号。5.1多媒体存储的种类22早期的硬盘管理工作中,设置交叉因子需要用户自己完成。用BIOS中的低级格式化程序对硬盘进行低级格式化时,就需要指定交叉因子,有时还需要设置几种不同的值来比较其性能,而后确定一个比较好的值,以期硬盘的性能较好。现在的硬盘BIOS已经自己解决这个问题,所以,一般低级格式化程序不再提供这一选项设置。5.1多媒体存储的种类23系统将文件存储到磁盘上时,按柱面、磁头、扇区的方式进行,即最先是第1磁道的第一磁头下〔也就是第1盘面的第一磁道〕的所有扇区,然后,是同一柱面的下一磁头,……,一个柱面存储满后就推进到下一个柱面,直到把文件内容全部写入磁盘。系统也以相同的顺序读出数据。读出数据时通过告诉磁盘控制器要读出扇区所在的柱面号、磁头号和扇区号〔物理地址的三个组成局部〕进行。磁盘控制器那么直接使磁头部件步进到相应的柱面,选通相应的磁头,等待要求的扇区移动到磁头下。在扇区到来时,磁盘控制器读出每个扇区的头标,把这些头标中的地址信息与期待检出的磁头和柱面号做比较〔即寻道〕,然后,寻找要求的扇区号。待磁盘控制器找到该扇区头标时,根据其任务是写扇区还是读扇区,来决定是转换写电路,还是读出数据和尾部记录。找到扇区后,磁盘控制器必须在继续寻找下一个扇区之前对该扇区的信息进行后处理。如果是读数据,控制器计算此数据的ECC码,然后,把ECC码与已记录的ECC码相比较。如果是写数据,控制器计算出此数据的ECC码,与数据一起存储。在控制器对此扇区中的数据进行必要处理期间,磁盘继续旋转。由于对信息的后处理需要消耗一定的时间,在这段时间内,磁盘已转了相当的角度。5.1多媒体存储的种类24交叉因子确实定是一个系统级的问题。一个特定硬盘驱动器的交叉因子取决于:磁盘控制器的速度、主板的时钟速度、与控制器相连的输出总线的操作速度等。如果磁盘的交叉因子值太高,就需多花一些时间等待数据在磁盘上存入和读出。如果交叉因子值太低,就会大大降低磁盘性能。系统在磁盘上写入信息时,写满一个磁道后转到同一柱面的下一个磁头,当柱面写满时,再转向下一柱面。从同一柱面的一个磁道到另一个磁道,从一个柱面转到下一个柱面,每一个转换都需要时间,在此期间磁盘始终保持旋转,这就会带来一个问题:假定系统刚刚结束对一个磁道前一个扇区的写入,并且已经设置了最正确交叉因子比值,现在准备在下一磁道的第一扇区写入,这时,必须等到磁头转换好,让磁头部件重新准备定位在下一道上。如果这种操作占用的时间超过了一点,尽管是交叉存取,磁头仍会延迟到达。这个问题的解决方法是以原先磁道所在位置为基准,把新的磁道上全部扇区号移动约一个或几个扇区位置,这就是磁头扭斜。磁头扭斜可以理解为柱面与柱面之间的交叉因子,已由生产厂设置好,用户一般不用去改变它。磁头扭斜的更改比较困难,但是,它们只在文件很长、超过磁道结尾进行读出和写入时才发挥作用,所以,扭斜设置不正确所带来的时间损失比采用不正确的扇区交叉因子值带来的损失要小得多。交叉因子和磁头扭斜可用专用工具软件来测试和更改。更具体的内容这里就不再详述,毕竟现在很多用户都没有见过这些参数。5.1多媒体存储的种类25扇区号存储在扇区头标中,扇区交叉因子和磁头扭斜的信息也存放在这里。最初,硬盘低级格式化程序只是行使有关磁盘控制器的专门职能来完成设置任务。由于这个过程可能破坏低级格式化的磁道上的全部数据,也极少采用。扇区交叉因子由写入到扇区头标中的数字设定,所以,每个磁道可以有自己的交叉因子。在大多数驱动器中,所有磁道都有相同的交叉因子。但有时因为操作上的原因,也可能导致各磁道有不同的扇区交叉因子。如在交叉因子重置程序工作时,由于断电或人为中断,就会造成一些磁道的交叉因子发生了改变,而另一些磁道的交叉因子没有改变。这种不一致性对计算机不会产生不利影响,只是有最正确交叉因子的磁道要比其他磁道的工作速度更快。5.1多媒体存储的种类264硬盘的容量硬盘的容量由盘面数〔磁头数〕、柱面数和扇区数决定,其计算公式为:硬盘容量=盘面数×柱面数×扇区数×512字节关于硬盘容量的大小,经常有人感到迷惑,为什么同一块硬盘,有时显示40GB,有时却只有37GB,这主要是表示方法不标准造成的,如1MB到底代表1000000字节还是代表1048576字节。有些软件把1000000字节作为1MB,如DM等,硬盘上标称容量一般也按1MB=1000000字节计算;而在另一些软件中,1MB是1048576字节,如Fdisk等。一些书籍或报刊杂志上发表的论文,硬盘容量的单位也不统一,有以1000000字节为1MB的,也有把1048576字节作为1MB的。依据计算机表示数据的特点、数制的表示方式及计算机本身的开展,硬盘容量单位应该以2的多少次方表示比较符合实际情况,即以KB〔Kilobyte〕,MB〔Megabyte〕,GB〔Gigabyte〕,TB〔Terabyte〕,PB〔Petabyte〕,EB〔Exabyte〕为单位,各种单位之间的换算关系如下:计算机存储单位271KB=210B=1024Byte1MB=210KB=220B=1048576Byte1GB=210MB=220KB=230B=1073741824Byte1TB=210GB=220MB=230KB=240B1PB=210TB=220GB=230MB=240KB=250B1EB=210PB=220TB=230GB=240MB=250KB=260B1ZB=2101EB=220PB=230TB=240GB=250MB=260KB=270B1YB=2101ZB=2201EB=230PB=240TB=250GB=260MB=270KB=280B1NB=2101YB=2201ZB=2301EB=240PB=250TB=260GB=270MB=280KB=290B1DB=2101NB=2201YB=2301ZB=2401EB=250PB=260TB=270GB=280MB=290KB=2100B1CB=210
1NB=2201NB=2301YB=2401ZB=2501EB=260PB=270TB=280GB=290MB=2100KB=2110B存储单位之间的换算5.1多媒体存储的种类285.硬盘接口硬盘接口是硬盘与主机系统间的连接部件,作用是在硬盘缓存和主机内存之间传输数据。不同的硬盘接口决定着硬盘与计算机之间的连接速度,在整个系统中,硬盘接口的优劣直接影响着程序运行快慢和系统性能好坏。从整体的角度上,硬盘接口分为IDE、SATA、SCSI和光纤通道四种,IDE接口硬盘多用于家用产品中,也局部应用于效劳器,SCSI接口的硬盘那么主要应用于效劳器市场,而光纤通道只在高端效劳器上,价格昂贵。SATA是种新生的硬盘接口类型,还正处于市场普及阶段,在家用市场中有着广泛的前景。在IDE和SCSI的大类别下,又可以分出多种具体的接口类型,又各自拥有不同的技术标准,具备不同的传输速度,比方ATA100和SATA;Ultra160SCSI和Ultra320SCSI都代表着一种具体的硬盘接口,各自的速度差异也较大。5.1多媒体存储的种类29IDE接口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。把盘体与控制器集成在一起的做法减少了硬盘接口的电缆数目与长度,数据传输的可靠性得到了增强,硬盘制造起来变得更容易,因为硬盘生产厂商不需要再担忧自己的硬盘是否与其它厂商生产的控制器兼容。对用户而言,硬盘安装起来也更为方便。IDE这一接口技术从诞生至今就一直在不断开展,性能也不断的提高,其拥有的价格低廉、兼容性强的特点,为其造就了其它类型硬盘无法替代的地位。IDE代表着硬盘的一种类型,但在实际的应用中,人们也习惯用IDE来称呼最早出现IDE类型硬盘ATA-1,这种类型的接口随着接口技术的开展已经被淘汰了,而其后开展分支出更多类型的硬盘接口,比方ATA、UltraATA、DMA、UltraDMA等接口都属于IDE硬盘。5.1多媒体存储的种类30IDE接口PIDE硬盘的传输模式有以下三种:PIO(ProgrammedI/O)模式、DMA(DriectMemoryAccess)模式、UltraDMA(简称UDMA)模式。PIO(ProgrammedI/O)模式的最大弊端是耗用极大量的CPU资源。以PIO模式运行的IDE接口,数据传输率达3.3MB/s(PIOmode0)~16.6MB/s(PIOmode4)不等。PDMA(DirectMemoryAccess)模式分为Single-WordDMA及Multi-WordDMA两种。Single-WordDMA模式的最高传输率达8.33MB/s,Multi-WordDMA(DoubleWord)那么可达16.66MB/s。PDMA模式同PIO模式的最大区别是:DMA模式并不用过分依赖CPU的指令而运行,可到达节省处理器运行资源的效果。但由于UltraDMA模式的出现和快速普及,这两个模式立即被UDMA所取代。5.1多媒体存储的种类31IDE接口PUltraDMA模式(简称UDMA)是UltraATA制式下所引用的一个标准,以16-bitMulti-WordDMA模式作为基准。UDMA其中一个优点是它除了拥有DMA模式的优点外,更应用了CRC(CyclicRedundancyCheck)技术,加强了资料在传送过程中侦错及除错方面的效能。P自UltraATA标准推行以来,其接口便应用了DDR(DoubleDataRate)技术将传输的速度提升了一倍,目前已开展到UltraATA/100了,其传输速度高达100MB/s。5.1多媒体存储的种类32SATA使用SATA〔SerialATA〕口的硬盘又叫串口硬盘,是未来PC机硬盘的趋势。2022年,由Intel、APT、Dell、IBM、希捷、迈拓这几大厂商组成的SerialATA委员会正式确立了SerialATA1.0标准,20**年,虽然串行ATA的相关设备还未正式上市,但SerialATA委员会已抢先确立了SerialATA2.0标准。SerialATA采用串行连接方式,串行ATA总线使用嵌入式时钟信号,具备了更强的纠错能力,与以往相比其最大的区别在于能对传输指令〔不仅仅是数据〕进行检查,如果发现错误会自动矫正,这在很大程度上提高了数据传输的可靠性。串行接口还具有结构简单、支持热插拔的优点。5.1多媒体存储的种类33串口硬盘是一种完全不同于并行ATA的新型硬盘接口类型,由于采用串行方式传输数据而知名。相对于并行ATA来说,就具有非常多的优势。首先,SerialATA以连续串行的方式传送数据,一次只会传送1位数据。这样能减少SATA接口的针脚数目,使连接电缆数目变少,效率也会更高。实际上,SerialATA仅用四支针脚就能完成所有的工作,分别用于连接电缆、连接地线、发送数据和接收数据,同时这样的架构还能降低系统能耗和减小系统复杂性。其次,SerialATA的起点更高、开展潜力更大,SerialATA1.0定义的数据传输率可达150MB/s,这比目前最新的并行ATA〔即ATA/133〕所能到达133MB/s的最高数据传输率还高,而在SerialATA2.0的数据传输率将到达300MB/s,最终SATA将实现600MB/s的最高数据传输率。5.1多媒体存储的种类34SATAIISATAII是在SATA的根底上开展起来的,其主要特征是外部传输率从SATA的1.5Gbps(150MB/sec)进一步提高到了3Gbps(300MB/sec),此外还包括NCQ(NativeCommandQueuing,原生命令队列)、端口多路器(PortMultiplier)、交错启动(StaggeredSpin-up)等一系列的技术特征。单纯的外部传输率到达3Gbps并不是真正的SATAII。SATAII的关键技术就是3Gbps的外部传输率和NCQ技术。NCQ技术可以对硬盘的指令执行顺序进行优化,防止像传统硬盘那样机械地按照接收指令的先后顺序移动磁头读写硬盘的不同位置,与此相反,它会在接收命令后对其进行排序,排序后的磁头将以高效率的顺序进行寻址,从而防止磁头反复移动带来的损耗,延长硬盘寿命。另外并非所有的SATA硬盘都可以使用NCQ技术,除了硬盘本身要支持NCQ之外,也要求主板芯片组的SATA控制器支持NCQ。此外,NCQ技术不支持FAT文件系统,只支持NTFS文件系统。5.1多媒体存储的种类35SATAII由于SATA设备市场比较混乱,不少SATA设备提供商在市场宣传中滥用“SATAII〞的现象愈演愈烈,例如某些号称“SATAII〞的硬盘却仅支持3Gbps而不支持NCQ,而某些只具有1.5Gbps的硬盘却又支持NCQ,所以,由希捷(Seagate)所主导的SATA-IO(SerialATAInternationalOrganization,SATA国际组织,原SATA工作组)又宣布了SATA2.5标准,收录了原先SATAII所具有的大局部功能——从3Gbps和NCQ到交错启动(StaggeredSpin-up)、热插拔(HotPlug)、端口多路器(PortMultiplier)以及比较新的eSATA(ExternalSATA,外置式SATA接口)等等。
5.1多媒体存储的种类36SATAII值得注意的是,局部采用较早的仅支持1.5Gbps的南桥芯片(例如VIAVT8237和NVIDIAnForce2MCP-R/MCP-Gb)的主板在使用SATAII硬盘时,可能会出现找不到硬盘或蓝屏的情况。不过大局部硬盘厂商都在硬盘上设置了一个速度选择跳线,以便强制选择1.5Gbps或3Gbps的工作模式(少数硬盘厂商那么是通过相应的工具软件来设置),只要把硬盘强制设置为1.5Gbps,SATAII硬盘照样可以在老主板上正常使用。SATA硬盘在设置RAID模式时,一般都需要安装主板芯片组厂商所提供的驱动,但也有少数较老的SATARAID控制器在打了最新补丁的某些版本的WindowsXP系统里不需要加载驱动就可以组建RAID。5.1多媒体存储的种类37SCSISCSI的英文全称为“SmallComputerSystemInterface〞〔小型计算机系统接口〕,是同IDE〔ATA〕完全不同的接口,IDE接口是普通PC的标准接口,而SCSI并不是专门为硬盘设计的接口,是一种广泛应用于小型机上的高速数据传输技术。SCSI接口具有应用范围广、多任务、带宽大、CPU占用率低,以及热插拔等优点,但较高的价格使得它很难如IDE硬盘般普及,因此SCSI硬盘主要应用于中、高端效劳器和高档工作站中。5.1多媒体存储的种类38SCSISCSI是一种不断前进的技术,先后衍生出了SCSI-1、FastSCSI(10MB/s)、FAST-WIDE-SCSI-2〔20MB/s〕、UltraSCSI(40MB/s)、Ultra2SCSI(80MB/s)、Ultra160SCSI(160MB/s)、Ultra320SCSI(320MB/s)等,现在市场中占据主流的是Ultra160SCSI、Ultra320SCSI接口产品。最近参加的规格有FibreChannelSCSI、IEEE1394〔Firewire,火线〕和SCSI3〔160MB/秒〕,即将诞生的有SCSI4〔320MB/秒〕和SCSI5〔640MB/秒〕。从SCSI3开始,SCSI能按照需要快速地提高性能,并拥有近乎完美的向后兼容性,保护了用户的投资。随了速度的日益提升之外,SCSI也开始注重易用性,采用CAM〔CommonAccessModel,公共存取模型〕在众多SCSI命令集和程序调节之间参加了一个控制层,使SCSI的编程更为方便。我坚信,科学的进步会把SCSI带上一个又一个技术顶峰,未来的SCSI也一定会变得更廉价更好用。5.1多媒体存储的种类39光纤通道光纤通道的英文拼写是FibreChannel,和SCIS接口一样光纤通道最初也不是为硬盘设计开发的接口技术,是专门为网络系统设计的,但随着存储系统对速度的需求,才逐渐应用到硬盘系统中。光纤通道硬盘是为提高多硬盘存储系统的速度和灵活性才开发的,它的出现大大提高了多硬盘系统的通信速度。光纤通道的主要特性有:热插拔性、高速带宽、远程连接、连接设备数量大等。光纤通道传输率2GB/s、4GB/s以至到8GB/s。光纤通道是为在像效劳器这样的多硬盘系统环境而设计,能满足高端工作站、效劳器、海量存储子网络、外设间通过集线器、交换机和点对点连接进行双向、串行数据通讯等系统对高数据传输率的要求。5.1多媒体存储的种类40效劳器硬盘具有如下四个特点。1、速度快效劳器硬盘转速很高,7200转、10000转的产品已经相当普及,甚至还有到达15000转的。它还配备了较大的回写式缓存,一般为2MB、4MB、8MB或16MB,甚至还有64MB的产品。平均访问时间比较短;外部传输率和内部传输率更高。2、可靠性高
5.1多媒体存储的种类41务器硬盘具有如下四个特点。3、带宽大多数效劳器采用了数据吞吐量大、CPU占有率极低的SCSI硬盘。SCSI硬盘必须通过SCSI接口才能使用,有的效劳器主板集成了SCSI接口,有的安有专用于大约有10-50人同时在正常上班时间随机访问效劳器或工作站。在此种情况下建议选择SCSI接口硬盘。高性能效劳器和工作站主要面向执行关键任务且工作负荷很重的文件效劳器,其负荷相当于50多人在一天24小时内同时进行访问,同时还面向视频、动画制作等有高要求的工作站。在这些场合建议使用高端SCSI。5.1多媒体存储的种类42硬盘类型的选择普通家用或小型企业的台式机用户对硬盘性能的需求相对较低,也极少会对存储系统提出高性能的要求,因此一般建议使用ATA、SATA接口硬盘,局部个人音频或视频工作者可以考虑采用SCSI接口。中型效劳器和工作站主要面向工作负荷较轻或中等的企业环境,其负荷相当于大约有10-50人同时在正常上班时间随机访问效劳器或工作站。在此种情况下建议选择SCSI接口硬盘。高性能效劳器和工作站主要面向执行关键任务且工作负荷很重的文件效劳器,其负荷相当于50多人在一天24小时内同时进行访问,同时还面向视频、动画制作等有高要求的工作站。在这些场合建议使用高端SCSI。5.1多媒体存储的种类43存储卡类别存储卡类型:闪存卡〔FlashCard〕是利用闪存〔FlashMemory〕技术到达存储电子信息的存储器,一般应用在数码相机,掌上电脑,MP3等小型数码产品中作为存储介质,所以样子小巧,有如一张卡片,所以称之为闪存卡。根据不同的生产厂商和不同的应用,闪存卡大概有SmartMedia〔SM卡〕、CompactFlash〔CF卡〕、MultiMediaCard〔MMC卡〕、SecureDigital〔SD卡〕、MemoryStick〔记忆棒〕、XD-PictureCard〔XD卡〕和微硬盘〔MICRODRIVE〕这些闪存卡虽然外观、规格不同,但是技术原来都是相同的。而作为移动使用的存储卡有MMC卡、RS-MMC卡、SD卡、miniSD卡、T-Flash卡、sony记忆棒、CF卡。5.1多媒体存储的种类44存储卡类别存取速度:存取速度是指闪存卡在被写入数据或读取数据时的数据传输速度。不同类型的闪存卡采用的接口标准各不相同,自然各自的存取速度也不相同。即便是同种类型的存储卡,也受到各厂商制造水平、读卡器优略,乃至被连接到的主机性能等因素的干扰,在实际也表现出不同的存取速度。同一块卡应用于不同的相机,也可能表现出速度的差异,这受到相机闪存卡接口性能差异的影响。各厂商所宣称的闪存卡存取速度根本都是某种状态下,闪存卡的最高存取速度,实际应用中根本无法到达这样的速度。市场上还广为流传着倍速闪存卡的概念,如40倍速的CF卡,倍速是光存储设备的速度计算概念,1倍速等于150KB/s的数据传输速度,那么40倍速将到达每秒6MB的速度。但在实际应用中,这些高速的闪存卡并没有到达如此高的速度,在特定的数码相机或读卡器设备上也许能到达或接近如此高的速度。但大局部的应用中,高速闪存卡确实要快于普通闪存卡,但并没有超出普通闪存卡存取速度那么多倍。5.1多媒体存储的种类45电压:不同类型的闪存卡具有不同的标准,其所能正常工作的电压是不同的。不过不同的闪存卡接口也各不相同,不存在插错接口的可能。因此不会出现因插错接口,工作电压不同而损坏闪存卡的情况。SD卡数据传送和物理标准是由MMC开展而来,尺寸大小和MMC差不多。SD卡与MMC卡保持着向上兼容,也就是说,MMC可以被新的SD设备存取,兼容性那么取决于应用软件,但SD卡却不可以被MMC设备存取。即便如此仍旧建议,什么类型的闪存卡对应什么类型的接口,以防止不必要的错误。MMC卡:MMC〔MultiMediaCard〕卡由西门子公司和首推CF的SanDisk于1997年推出。1998年1月十四家公司联合成立了MMC协会〔MultiMediaCardAssociation简称MMCA〕,现在已经有超过84个成员。MMC的开展目标主要是针对数码影像、音乐、、PDA、电子书、玩具等产品,号称是目前世界上最小的FlashMemory存贮卡,尺寸只有32mmx24mmx1.4mm。虽然比SmartMedia厚,但整体体积却比SmartMedia小,而且也比SmartMedia轻,只有1.5克。MMC也是把存贮单元和控制器一同做到了卡上,智能的控制器使得MMC保证兼容性和灵活性。5.1多媒体存储的种类46MMC存贮卡可以分为MMC和SPI两种工作模式,MMC模式是标准的默认模式,具有MMC的全部特性。而SPI模式那么是MMC存贮卡可选的第二种模式,这个模式是MMC协议的一个子集,主要用于只需要小数量的卡〔通常是1个〕和低数据传输率〔和MMC协议相比〕的系统,这个模式可以把设计花费减到最小,但性能就不如MMC。MMC被设计作为一种低本钱的数据平台和通讯介质,它的接口设计非常简单:只有7针!接口本钱低于0.5美元,相比之下SmartMedia和MemoryStick的接口本钱都要高于1美元。在接口中,电源供给是3针,而数据操作只用3针的串行总线即可〔SPI模式再加上1针用于选择芯片〕。
代表机型:诺基亚N-GageQD,7710,6600,3650等。5.1多媒体存储的种类47RS-MMC卡:全名〔ReducedSizeMultiMediaCard〕。此卡标准最初由MMCA〔多媒体卡协会〕于20**年11月发布。其大小仅为标准MMC卡的一半,却继承了后者的所有优势和性能特征。通过转接卡,它也适用于原有的MMC与具备支持MMC的SD介面装置。代表机型:三星D710,730,V500,SPH-V4400,诺基亚6260,6630,6670,7610,西门子S65,松下X700等。5.1多媒体存储的种类48SD卡:SD卡〔SecureDigitalMemoryCard〕是一种基于半导体快闪记忆器的新一代记忆设备。SD卡由日本松下、东芝及美国SanDisk公司于1999年8月共同开发研制。大小犹如一张邮票的SD记忆卡,重量只有2克,但却拥有高记忆容量、快速数据传输率、极大的移动灵活性以及很好的平安性。
SD卡数据传送和物理标准由MMC开展而来,大小和MMC差不多,尺寸为32mmx24mmx2.1mm。长宽和MMC一样,只是厚了0.7mm,以容纳更大容量的存贮单元。SD卡与MMC卡保持着向上兼容,也就是说,MMC可以被新的SD设备存取,兼容性那么取决于应用软件,但SD卡却不可以被MMC设备存取。〔SD卡外型采用了与MMC厚度一样的导轨式设计,以使SD设备可以适合MMC〕5.1多媒体存储的种类49SD接口除了保存MMC的7针外,还在两边加多了2针,作为数据线。采用了NAND型FlashMemory,根本上和SmartMedia的一样,平均数据传输率能到达2MB/s。SD卡的结构能保证数字文件传送的平安性,也很容易重新格式化,所以有着广泛的应用领域,音乐、电影、新闻等多媒体文件都可以方便地保存到SD卡中。因此不少数码相机也开始支持SD卡。5.1多媒体存储的种类50SD接口除了保存MMC的7针外,还在两边加多了2针,作为数据线。采用了NAND型FlashMemory,根本上和SmartMedia的一样,平均数据传输率能到达2MB/s。SD卡的结构能保证数字文件传送的平安性,也很容易重新格式化,所以有着广泛的应用领域,音乐、电影、新闻等多媒体文件都可以方便地保存到SD卡中。因此不少数码相机也开始支持SD卡。很多存储卡公司都有开发SD卡,松下是目前SD卡最主要的生产厂家,2000年时SD卡容量已经从8MB到64MB分为4个不同的等级来满足不同场合的需要,数据传输率为2MB/s。到2022年末单卡容量已经高达512MB,数据传输率也提升到10MB/s。20**年推出容量到达1GB,数据传输率为20MB/s的高性能储存卡,到20**年容量有望到达4GB。代表机型:多普达515,535,818,神达MIO8390,LGG910,联想ET960等。5.1多媒体存储的种类51MiniSD卡:全名〔MiniSecureDigitalMemoryCard〕。miniSD卡是SD卡开展而来,性能和传统的SD卡并无大的区别,miniSD卡和SD卡一样,都具有每秒2MB的数据传输速度。与传统SD卡一样,miniSD卡同样具有硬件数据写保护保护开关,可防止储存内容不慎删除的风险。miniSD卡特点是体积小巧〔体积只有21.5×20x1.4mm,相比较原来的SD卡减少了40%的体积〕、性能稳定,可配合专用转接卡使用,完全兼容标准SD卡插槽。而且miniSD卡采用的是低耗电的设计,比SD卡更适用于移动通信设备,因此主要进攻、PDA、掌上电脑的信息终端。代表机型:多普达565、575、motoMPX220等。5.1多媒体存储的种类52T-Flash卡:全名〔TransFLash由〕摩托罗拉与SANDISK共同研发,在20**年推出。是一种超小型卡〔11*15*1MM〕。TF卡可经SD卡转换器后,当SD卡使用。支持机型:MOTOROLAA780,E398,C975等。5.1多媒体存储的种类535.1多媒体存储的种类545.1多媒体存储的种类555.1多媒体存储的种类565.1多媒体存储的种类575.1多媒体存储的种类58U盘扩容检测、测速软件:MyDiskTest5.1多媒体存储的种类595.1多媒体存储的种类60写入速度极差的U盘5.1多媒体存储的种类61读写速度良好的U盘5.1多媒体存储的种类62读写速度正常的U盘5.1多媒体存储的种类63Sony记忆棒:MemoryStick记忆棒,是Sony公司开发研制的,尺寸为:50mmx21.5mmx2.8mm,重4克。采用精致醒目的蓝色外壳〔新的MG为白色〕,并具有写保护开关。
Sony强调其带独立针槽的接口易于从插槽中插入或抽出,不轻易损坏;而且绝不会互相接触,大大减低针与针接触而发生的误差,令资料传送更为可靠;比起插针式存贮卡也更容易清洁。5.1多媒体存储的种类64除了外型小巧、具有极高稳定性和版权保护功能以及方便地使用于各种记忆棒系列产品等特点外,记忆棒的优势还在于索尼推出的大量利用该项技术的产品,如DV摄像机、数码相机、VAIO个人电脑、彩色打印机、Walkman、IC录音机、LCD电视等,而PC卡转换器、3.5英寸软盘转换器、并行出口转换器和USB读写器等全线附件使得记忆棒可轻松实现与PC及苹果机的连接。记忆棒推出后,三星、爱华、三洋、卡西欧、富士通、奥林巴斯、夏普等一系列公司已表示了对此格式的支持。索尼公司目前还在寻求家用电子行业和IT行业对记忆棒格式的认同。Sony将在今后把更多代表记忆棒最新开展的产品介绍到国内市场。5.1多媒体存储的种类65除了外型小巧、具有极高稳定性和版权保护功能以及方便地使用于各种记忆棒系列产品等特点外,记忆棒的优势还在于索尼推出的大量利用该项技术的产品,如DV摄像机、数码相机、VAIO个人电脑、彩色打印机、Walkman、IC录音机、LCD电视等,而PC卡转换器、3.5英寸软盘转换器、并行出口转换器和USB读写器等全线附件使得记忆棒可轻松实现与PC及苹果机的连接。记忆棒推出后,三星、爱华、三洋、卡西欧、富士通、奥林巴斯、夏普等一系列公司已表示了对此格式的支持。索尼公司目前还在寻求家用电子行业和IT行业对记忆棒格式的认同。Sony将在今后把更多代表记忆棒最新开展的产品介绍到国内市场。记忆棒的缺点一是只能在索尼数码相机中使用,二是容量尚不够大。支持索爱P908,P910C,S700C等。5.1多媒体存储的种类66CF卡:CF卡〔CompactFlash〕是1994年由SanDisk最先推出的。CF卡具有PCMCIA-ATA功能,并与之兼容;CF卡重量只有14g,仅纸板火柴般大小〔43mmx36mxm3.3mm〕,是一种固态产品,也就是工作时没有运动部件。CF卡采用闪存〔flash〕技术,是一种稳定的存储解决方案,不需要电池来维持其中存储的数据。对所保存的数据来说,CF卡比传统的磁盘驱动器平安性和保护性都更高;比传统的磁盘驱动器及Ⅲ型PC卡的可靠性高5到10倍,而且CF卡的用电量仅为小型磁盘驱动器的5%。这些优异的条件使得大多数数码相机选择CF卡作为其首选存储介质。虽然最初CF卡是采用FlashMemory的存贮卡,但随着CF卡的开展,各种采用CF卡规格的非FlashMemory卡也开始出现,CFA后来又开展出了CF+的规格,使CF卡的范围扩展到非FlashMemory的其它领域,包括其它I/O设备和磁盘存贮器,以及一个更新物理规格的TypeII规格〔IBM的Microdrive就是TypeII的CF卡〕,TypeII和原来的TypeI相比不同之处在于TypeII厚5mm。5.1多媒体存储的种类67CF卡同时支持3.3伏和5伏的电压,任何一张CF卡都可以在这两种电压下工作,这使得它具有广阔的使用范围。CF存贮卡的兼容性还表现在它把FlashMemory存贮模块与控制器结合在一起,这样使用CF卡的外部设备就可以做得比较简单,而且不同的CF卡都可以用单一的机构来读写,不用担忧兼容性问题,特别是CF卡升级换代时也可以保证旧设备的兼容性。CF卡有相当多的平台支持,包括DOS,Windows3.x,Windows95,Windows98,WindowsCE,OS/2,AppleSystem7,Linux和许多种UNIX都能够支持。5.1多媒体存储的种类68CF卡作为世界范围内的存储行业标准,保证CF产品的兼容,保证CF卡的向后兼容性;随着CF卡越来越被广泛应用,各厂商积极提高CF卡的技术,促进新一代体小质轻、低能耗先进移动设备的推出,进而提高工作效率。CFA总部在加拿大的PaloAlto,其成员有权免费得到CF卡、CF商标和CF技术详情。CFA成员包括3COM,佳能、柯达、惠普、日立、IBM、松下、摩托罗拉、NEC、SanDisk、精工〔爱普生〕和SocketCommunications等120多个。而且其中的主要数码相机生产研发厂商已经成立了一个专门组织,从事于CF产品的开发。目前世界上最大的CF型卡容量已经达640M。一般市场上常见的是8MB、16MB、32MB、64MB、128MB、256MB等几种〔128MB以上的为Ⅱ型〕。代表机型:多普达696等。5.2光存储技术概述多媒体存储技术主要是指光存储技术光存储系统由光盘驱动器和光盘〔片〕组成。光盘驱动器产生一束激光照射到光盘上,反射光由一个光检波来接收,并且被解码成数据。691.光存储的类型光盘包括只读光盘、只写一次光盘和可擦写光盘3种,前两种都是属于不可擦除的.(1)CD—ROM只读光盘
CD—ROM是最常用的光盘,直径约12cm,容量约650M(74min)。其工作特点是,采用激光调制方式记录信息,将信息以凹坑(pits)和凸区(lands)的形式记录在螺旋形光道上。光盘是由母盘压模制成的,一旦复制成形,永久不变,用户只能读出信息。
7071(2)W0RM一次写屡次读光盘W0RM(WriteOnceReadMany)光盘使用户能够自己将数据、程序或节目记录到光盘上实现方式:采用有机染料作为记录层,该层被激光加热时那么熔化,并形成了一个凹坑,未被加热的点仍然是平面,这就形成了代表0和1的两种状态。读取激光照射在凹坑上时,反射光的光强降低72也有的系统使用一层薄的金属记录层,当该金属被写激光加热到170℃时,它的物理特性由晶态(高反射性)转换到非晶态(低反射性),从而在光盘轨道上产生了光反射系数高〔未被加热过〕与低(加热过)两种不同的状态,使激光可读出数据。73(3)Rewritable可重写光盘在可擦写光盘系统中,用户自己可以进行数据的写、读,擦除后并再次写入。有多种不同方式的可擦写光盘,包括磁光系统、相变系统和染料化合物系统。磁光记录将磁介质的可擦写性与光的高记录密度结合在一起。磁光记录使磁介质在垂直于光盘外表的方向上磁化,磁微粒被放置于预先刻槽的光盘外表上。垂直记录使记录波长短,所以记录密度比磁带高得多。74
磁光记录原理75相变光记录采用的是一种具有晶体/非晶体状态可逆转换特性的材料,记录时使用一种温度,而擦除时采用另一种温度。对可擦写媒质,从晶体到非晶体的变化一般用于记录数据,其逆变过程用于擦除记录信息。用激光加热记录层,使聚焦点的温度略高于它的熔点而冷却凝固时,就变成非晶体。由于非晶体状态不稳定,材料易于反变,因此,当该点加热到稍低于熔点的温度再冷却时,就返回晶态,数据那么被擦除。相变技术用在CD—RW、DVD—RW和DVD—RAM中76染料化合物记录记录层是由两层含有不同吸垫材料的塑料基片构成。把对着入射光的一层称为上层,另一层那么称为下层。上层对波长为840nm的光敏感,受热后那么扩张;下层对此波长不敏感,是透明的,其物理性能不受这种波长的激光影响。这样在激光照射点上,上层受热扩张、下层不变,于是上层那么变形起皱。激光扫过以后,该点冷却,起皱面那么保存下来。轨道上未被光照射的局部仍保持为平面,这就形成反射系数不同的两种状态,即皱面和平面,将数据记录下来。下层对波长为780nm的光敏感,用这种波长的激光照射时,该层受热变软,使上层的皱起面得以展平,原来记录的数据那么被抹掉。77现在120mm可擦写光盘可存储4.7GB,它的容量还会增加10倍,数据读取速率可到达10MB/s。使用更高的旋转速度和置于平行轨道的多光头,可使速度到达500MB/s甚至更高78(2)光存储系统的技术指标光存储系统的技术指标包括尺寸、容量、平均存取时间、数据传输速率、误码率和平均无故障时间等1.尺寸光盘的尺寸多种多样。LV〔LaserVision〕的直径为12英寸(300mm),CD激光唱盘和CD—ROM为4.72英寸(120mm),WORM一次写光盘为14.12英寸和4.7英寸,可擦写光盘向小尺寸方向开展,主要尺寸为4.7英寸和3.14英寸。792.容量光盘的容量包括格式化容量和用户容量。格式化容量是指按某种光盘标准进行格式化后的容量。采用不同的光盘标准就有不同的存储格式,容量也不一样。如果改变每个扇区的字节数,或采用不同的驱动程序,都会影响格式化容量。用户容量是指盘片格式化后允许对盘片执行读写操作的容量。由于格式、校正、检索等比特需要占用一定的容量空间,因此用户容量小于格式化容量。光盘正朝着高密度、大容量和小体积的方向开展。提高光盘存储容量的方法有多种,通常以提高位密度和道密度来实现。其主要途径是缩短所用激光的波长,利用光斑边界记录取代光斑位记录或采用区位记录等方式。74分钟〔650M〕、80分钟〔700M〕803.平均存取时间平均存取时间是指从计算机向光盘驱动器发出命令开始,到光盘驱动器在光盘上找到读/写的信息的位置并接收读/写命令为止的一段时间。平均存取时间等于平均寻道时间和平均等待时间的和。光学头沿半径移动全程1/3长度所需的时间为平均寻道时间。盘片旋转半周的时间为平均等待时间。目前大多数光盘驱动器的平均存取时间在200ms到400ms之间814.数据传输速率数据传输速率一般是指单位时间内光盘驱动器送出的数据比特数。该数值与光盘转速和存储密度有关。现在主要是针对提高数据传输速率和缩短平均存取时间开展技术研究工作。对于CD—ROM,其数据传输速率已从初期的150KB/s(单倍速)提高到7.8MB/s(52倍速)825.平均无故障时间CD-ROM的平均无故障时间(MTBP,MeanTimeBetweenFailures)要求到达25000h835.3CD1CD技术的开展光存储技术最早可追溯到20世纪70年代初期。1972年9月5日.Philips公司向国际新闻界展示了长时间播放电视节目的光盘系统,在光盘上记录的是模拟电视信号〔LaserVision〕。1978年,SONY生产的影碟机正式投放市场,光盘的直径为30cm,一片双面盘的播放时间可达2小时。1979年,Philips公司发布了激光唱机(Compactdiscplayer,CDPlayer)。为了便于光盘的生产、使用和推广,几个主要光盘制造公司和国际标准化组织制定了一些有关的标准和标准84(1)CD—DA:1981年制定红皮书,即CD—DA激光数字音频光盘的标准。(2)CD一ROM:1985年制定黄皮书,经修订,1988年正式作为国际标准ISO9660(3)CD—V(Video):存储模拟的视频信息和数字化声音,在影碟机上使用,视频信息可以输出到电视机。(4)可录CD:可录CD盘的橙皮书标准。可录CD分为两类,即CD—MO和CD—WO。CD—MO称为磁光盘,可重写;CD—WO又称CD—R,不能重写。
85(5)CD—I:1987年制定绿皮书标准,用于交互式多媒体CD—I系统中存储数字化的文字、图形、声音、图像等。(6)CD—ROMXA:1991年制定CD—ROMXAII标准,对应于ISO9660II。(7)Photo—CD像片光盘.1992年制定标准。用于存放数字化的静态照片。(8)VideoCD1993年制定的白皮书(WhiteBook)标准,采用MPEG一1压缩算法压缩动态图像。它使VideoCD节目能够在CD—I,CD—ROMXA和VideoCD播放机上播放86872CD-DA
CD-DA激光唱盘的标准定义在1982年发布的红皮书(RedBook)中,它源于CD-AudioBook,后来成为IEC908标准激光唱盘、CD-ROM、数字激光视盘等统称为CD盘。CD盘主要由保护层、反射激光的铝反射层、刻槽和聚碳脂衬垫组成。光盘的直径为120mm,中间孔直径为15mm,厚度为1.2mm。光盘的最里面局部不存储数据,这个区域把光盘和旋转的动力轴夹在一起。记录数据的区域有35.5mm宽。引入区在数据区的最里面边缘局部,引出区在最外面。引入和引出区包含有非音频数据,用来控制光驱。888990名称技术指标名称技术指标播放时间74分钟
旋转方向顺时针(从读出表面看)
旋转速度1.2m/s~1.4m/s(恒定线速度)光学系统光道间距1.6μm激光波长780nm(7800Å)盘片直径120mm聚焦深度±2μm盘片厚度1.2mm信号格式中心孔直径15mm通道数2个记录区46mm~117mm量化16位线性量化数据信号区50mm~116mm采样频率44.1kHz材料折射率为1.55的任何材料通道位速率4.3218Mb/s最小凹坑长度0.833μm(1.2m/s)~0.972μm(1.4m/s)数据位速率1.9409Mb/s最大凹坑长度3.05μm(1.2m/s)~3.56μm(1.4m/s)数据:通道位8:17凹坑深度~0.11μm错误校正码CIRC凹坑宽度~0.5μm调制方式EFM磁盘存放数据的磁道是同心环,磁盘片转动的角速度是恒定的,但在两条磁道上,磁头相对于磁道的线速度是不同的。控制简单,便于随机存取,但外磁道的存储空间不能得到充分利用。CD盘光道的结构不是同心环,而是螺旋型轨道。CD盘转动的角速度在光盘的内外区是不同的,而它的线速度却是恒定的〔CLV〕。这样内外光道的记录密度(比特数/每英寸)可以做到一样,盘片可得到充分利用,但随机存储特性变得较差,控制也比较复杂91CD-DA的文件结构CD-DA光道的特点是一个区段,多条光道(一个曲目,对应一条光道),不设目录结构。图5-6是一张CD-DA唱盘的光道结构,其中有一个区段,17条光道,对应17首歌曲,没有目录结构。
923CD-ROM
CD-ROM共有三种类型的光道:·CD-DA光道,用于存储声音数据。·CD-ROMMode1,用于存储计算机数据。·CD-ROMMode2,用于存储声音数据、静态图像或电视图像数据。
不同类型的光道,存放数据的格式不同,有不同的数据量和校验码从而有不同的误码率
93CD-ROM的扇区地址与磁盘的扇区地址不同。磁盘的扇区地址是用C-H-S(柱面号-磁头号-扇区号)地址系统来表示,而CD-ROM是用轨道号和计时系统中的分、秒,扇区(75扇区/秒)来表示CD-ROM可以用多个区段、多条光道。但由于区段之间需要保存13MB的空间,造成CD-R盘片空间的浪费,因此,一般不采用多个区段刻录CD-ROM文件标准叫ISO9660,它是一个描述计算机用的CD-ROM文件结构标准。解决文件存放在CD-ROM上,可以在不同系统之间进行交换等问题944CD-ROM/XA
(CD-ROMExtendedArchitecture)Philips,Microsoft,Sony发布,是黄皮书的扩充.
定义了两种新的扇区形式:·
CD-ROMMode2,XAFormat,Form1:用于存储计算机数据。·
CD-ROMMode2,XAFormat,Form2:存储压缩的声音、静态图像或电视图像数据。
955CD-R
OrangeBook是另一种CD光盘的标准,这种CD盘叫做可录CD-R(compactdiskrecordable)盘,它允许用户把自己创作的影视节目或者多媒体文件写到盘上。可录CD盘分为以下两类:
CD-MO(compactdisk-magnetooptical)盘,磁光盘。用户可以把数据写到MO盘上,盘上的数据可以抹掉,抹掉后又可以重写。
CD-WO(compactdisk-writeonce)盘,这种盘又写成CD-R盘,用户可以把数据写到盘上,但是数据一旦写入,就不能把写入的数据抹掉。96OrangeBookPart2(CD-WO盘)这种盘在出厂时就已经在盘上刻录有槽,称为预刻槽,也就是物理光道的位置已经确定,是一片空白盘。用户把多媒体文件写到盘上之后,就把内容表(TableOfContents,TOC)写到盘上。在写入TOC之前,这种盘只能在专用的播放机上读;在TOC写入之后,这种盘就可以在普通的播放机上播放。OrangeBookPart2标准还定义了另一种CD-WO盘,叫做HybridDisc(混合盘)。这种盘含有两种类型的记录区域:97〔1〕Pre-recordedArea(预记录区),这个区域的信息是按照RedBook、YellowBook或GreenBook标准预先记录在盘上的,是一个只读区域。〔2〕RecordableArea(可记录区)。这个区可以把物理光道分成好几个记录段(multi-session)。每段由3个区域组成:导入区(LeadIn)、信息区(Information)和导出区(LeadOut),每一段要在导入区写入TOC(内容表)。98CD-DA音乐打包无损格式99格式:APE或ISO,其中常用ape格式CD-DA音乐打包无损格式100Ape打包文件中的音乐播放清单,记录了曲名、起始时间、时长等信息CD-DA音乐打包无损格式101将cue类型的CD音乐清单文件导入“千静听〞播放器中,就可转换成MP36VCDVideoCD(VCD)是由JVC、Philips、Matsushita和Sony联合定义的数字电视视盘技术规格,它于1993年问世,盘上的声音和电视图像都是以数字的形式表示的。1994年7月发布了“VideoCDSpecificationVersion2.0〞,并命名为WhiteBook(白皮书)。该标准描述的是一个使用CD格式和MPEG-1标准的数字电视存储格式。VideoCD标准在CD-Bridge规格和ISO9660文件结构根底上定义了完整的文件系统,这样就使VCD节目能够在CD-ROM、CD-I和VCD播放机上播放102光盘内有一个区段,多个光道。设有目录结构,即VCD文件系统。文件系统放在第一条光道中。其后,每条光道对应一个视频片段。在标准的视频光盘中,音乐素材,要么融合在动态画面中,要么配有静止图像,并以视频光盘格式保存
103VCD的数据主要通过MPEG-l编码标准对音频和视频编码。其音频信号采用44.1kHz的第二层标准进行编码。一张盘可以存储74min的活动图像和数字音频,两张光盘可以存储一部电影。视频解码器可以将视频信号以每秒25帧的PAL或SECAM(352×288)制式播放。视频的比特速率为1.15Mb/s,音频的比特速率为0.22Mb/s。VCD格式实际是CD—ROM/XA盘Form2中模式2的格式,因此允许VCD在CD—ROM光驱中播放,但不能在CD—DA音频播放器中播放。1045.4DVD
DVD原名是DigitalVideoDisc,意思是“数字电视光盘(系统)〞。DVD不仅用来存放电视节目,同样可以用来存储其他类型的数据,DVD在数据存储方面具有其他媒质所无法比较的容量和灵活性。因此又把DigitalVideoDisc更改为DigitalVersatileDisc(数字通用光盘),缩写仍然是DVD。1051DVD简介
DVD分类
DVD有6种格式标准:BookA——DVD—ROM.(只读);BookB——DVD—Video(视频);BookC——DVD—Audio(音频);BookD——DVD—R(可写一次);BookE——DVD—RAM(随机存取存储器);BookF——DVD—RW(可重复擦写)。各种标准定义DVD的物理特性、文件系统及各种特殊的应用和扩充。如视频应用、音频应用等。
106DVD的特点DVD的特点是存储容量比现在的CD盘大得多。单面单层DVD盘片能够存储4.7GB的数据,单面双层盘片的容量为8.5GB;单层双面盘片的容量为9.4GB双面双层可到达17GB,相当于25片CD-ROM(650MB)。单面单层盘存储133分钟的MPEG-2Video,其分辨率与现在的电视相同,并配备DolbyAC-3/MPEG-2
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