第5讲 外部存储器

第五讲

外部存储器

§1硬盘概述

§2光盘驱动器

§3SCSI技术

§4软盘驱动器和U盘电脑组装与维修1§1硬盘概述

一、硬盘的简介

1.硬盘的发展史

1956年9月，IBM公司生产出世界上第一台磁盘存储系统即IBM350

1968年，IBM公司提出了温彻斯特(Winchester)技术

1979年，IBM公司发明了薄膜磁头

1999年9月7日，Maxtor公司发布单碟容量高达10.2GB的ATA硬盘

2000年2月23日，希捷公司发布了转速高达15000rpm的硬盘

2000年3月16日，首款玻璃硬盘问世

2000年9月，Maxtor公司发布5400rpm的80GB硬盘

2001年7月，迈拓发布了新一代的硬盘规范，标准名称ATA133

2003年9月16日希捷发布单碟容量达100GB的硬盘22.有关硬盘的几个概念

硬盘的磁头：磁头就是硬盘进行读写的“笔尖”，通过全封闭式的磁阻感应读写，将信息记录在硬盘内部特殊的介质上

硬盘的盘面：硬盘内部由磁盘碟片组成，有单碟片、双碟片和多碟片的。碟片分金属和玻璃介质。硬盘的马达：硬盘主轴上的马达带动磁盘片在真空封闭的环境中高速旋转，马达高速运转时所产生的浮力使磁头飘浮在盘片上方进行工作；马达分为：普通滚珠轴承马达和液态轴承马达；马达的转速可高达15000rpm3二、硬盘的结构原理

2.硬盘的工作原理硬盘的工作原理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电脑可以使用的数据，写的操作正好与此相反。1.硬盘的结构

硬盘主要是由记录数据的磁片、马达、磁头、定位系统、电子线路等组成。

硬盘的外部结构：硬盘面板、电源插座、硬盘主、从状态设置跳线器和数据线联接接口等。硬盘内部结构由固定面板、控制电路板、盘头组件、接口及附件等部分组成。

4硬盘驱动器的外观：硬盘的三种工作方式：

①

NORMAL普通模式

②

LBA（LogicalBlockAddressing）逻辑块模式

③

LARGE巨大模式常见硬盘的外观5硬盘的外部结构：硬盘从外观上看，由电源接口、数据接口、控制电路板、固定盖板、安装螺孔等组成。各种硬盘的结构都是相似的，如下图所示。硬盘的外部结构6三、硬盘的性能指标2.转速转速(Rotationalspeed或Spindlespeed)是指硬盘盘片每分钟转动的圈数，单位为rpm。常见的硬盘转速一般有5400rpm、7200rpm、10000rpm、15000rpm。1.容量

即硬盘的大小，通常以兆字节（MB）或千兆字节（GB）为单位，1GB=1024MB。

注意：硬盘厂商在标称硬盘容量时通常取1G=1000MB。3.硬盘的高速缓存高速缓存其实就是指硬盘控制器上的一块存取速度极快的DRAM内存，分为写通式和回写式。74.硬盘的平均寻道时间、平均潜伏时间和平均访问时间

＊平均寻道时间(AverageSeekTime)，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。

＊平均潜伏时间(AverageLatencyTime)，指相应磁道旋转到磁头下方的时间，一般情况下在2～6ms之间。

＊平均访问时间(AverageAccessTime)，指的是平均寻道时间与平均潜伏时间的总和。

5.硬盘的外部传输率和内部传输率＊硬盘的外部数据传输率

(ExternalTransferRate)就是指电脑通过接口将数据交给硬盘的传输速度。＊内部数据传输率(InternalTransferRate)就是指硬盘将数据记录在自身盘片上的速度。6.接口硬盘的接口一般可以分成IDE接口和SCSI接口两大类。8四、硬盘的接口类型和传输模式

1.ATA接口的几种类型

ST-506/412接口

ESDI接口

IDE及EIDE接口

ATA-1(IDE)ATA-2(EIDEEnhancedIDE/FastATA)ATA-3(FastATA-2)ATA-4(UltraATA、UltraDMA、UltraDMA/33、UltraDMA/66)SerialATAATA-133硬盘的接口标准主要分为：ATA、SCSI(SmallComputerSystemInterface，小型计算机接口)、IEEE－1394和USB四种。92.SCSI接口

3.USB接口

＊USB英文全称为“UniversalSerialBus”，即通用串行总线＊USB有三个版本：USB1.0、USB1.1、USB2.0

＊USB的应用已非常广泛，USB2.0支持最大传送速度为480Mbps4.IEEE1394

IEEE1394技术的设计初衷就是为了增强多媒体设备与电脑连接性能的高速串行总线。它可以轻易地把电脑与摄像机、高速硬盘和音响设备等多种多媒体设备连接，并且连接速度可达400Mbps。

基本的数据传输率是20MB/s(8bit，50线)

应用了UltraWIDE标准后，传输速率可以达到40MB/s

应用了Ultra2WIDESCSI标准后，传输速率可以达到80MB/s(16bit，68线)

应用Ultra160/mSCSI标准接口后，传输速度可达到160MB/s

SCSI的优点：速度快、CPU占用率较低、可挂7个SCSI外设10五、硬盘的生产厂商及编号

2.硬盘的编号

硬盘编号代表着硬盘本身接口类型、转速、容量、缓存等。各公司的编号含义又各不相同。

下面以IBM的产品为例加以说明：

1.硬盘的生产厂商

IBM公司

Maxtor(迈拓)公司

昆腾公司

Seagate(希捷)公司西部数据公司11

IBM的每一个产品又分为多个系列，其硬盘产品的命名方式为：“产品名＋系列代号＋接口类型＋盘片尺寸＋转速＋容量”＊IBM系列代号(IDE)含义如下：TT=Deskstar16GP或14GXP;JN=Deskstar25GP或22GXP;RV=Ultrastar18LZX或36ZX。接口类型含义如下：A=ATA;S与U=UltraSCSI、UltraSCSIWide、UltraSCSISCA、增强型SCSI、增强扩展型SCSI(SCA);C=SerialStorageArchitecture（连续存储体系）SCSI；L=光纤通道SCSI。例：DJNA-371350的硬盘，字母D代表Deskstar产品，JN代表Deskstar25GP与22GP系列，A代表ATA接口，3代表3英寸盘片，7是200rpm产品，最后4位数字为硬盘容量13.5GB。12六、移动硬盘简介

移动硬盘：就是用小巧的笔记本硬盘加上特制的配套硬盘盒构成的一个便携的大容量存储系统。移动硬盘分类：并口、PCMCIA接口、USB口、1394接口。注：并口和PCMCIA接口，现已基本从市场上消失。USB接口和1394接口的移动硬盘以大容量、传输速度快和良好的兼容性现已成为市场的主导。USB接口的移动硬盘普及率比1394接口移动硬盘的普及率要高13七、怎样选购硬盘

转速（影响硬盘性能的重要指标，快好）

单碟容量（仅次于硬盘转速的重要因素，大好）

缓存（缓冲区越大越好）容量（大好）接口（分为IDE和SCSI两大类）售后服务（正品、保修期长好、售后服务好）

注：售后服务非常重要14八、硬盘驱动器的安装方法

①

设置硬盘驱动器主、从跳线

②将硬盘固定在安装架上

③连接硬盘电源线

④连接硬盘数据线

下面以广泛使用的IDE接口硬盘为例，介绍硬盘数据线如何连接。IDE接口硬盘数据线也有两种形式，即单硬盘线和双硬盘线。对于支持IDE接口硬盘的主机板（板上集成IDE接口）或多功能卡，上面有两个IDE接口插槽，它们通常标识为IDE1或PrimaryIDE、IDE2或SecondaryIDE，如下图所示。主板上的IDE接口15把硬盘数据线连接到主板上16§2光盘驱动器

一、光驱

1.光驱工作原理17读出操作：

光驱激光头射出来的激光照到平的地方和小坑的地方反射率自然就不同了，这时在激光头旁边

的光敏元件感应到有强有弱的反射光，就产生高低电平输出到光驱的数字电路，而高电平和低电平在计算机中分别代表0和1的数字信号，这就计算机就读出了光盘中的内容。写入操作：

被记录信息调制的激光束聚集到存储介质上，能量集中在直径1微米以下的细微光点上，利用激光对存储介质的光效应或热效应，使被照射部分的反射率发生变化，根据照射前后的两种不同状态，以及与此相对应的反射率强弱，即作为二进制的“1”和“0”。182.光盘驱动器的类型

根据光盘的存储技术光盘驱动器分为：CD-ROM（只读光盘驱动器）、CD-R（可写光盘驱动器）、CD-RW（可擦写光盘驱动器）、DVD-ROM（DVD只读光盘驱动器）及DVD-RAM、DVD+R/RW、DVD-R/RW（可反复擦写DVD光盘存储器）。根据光盘驱动器是否放在机箱内部，分为：内置式光盘驱动器和外置式光盘驱动器。根据光盘驱动器的速度，分为40速、52速，8速写、16速写等不同的速度。根据CD-ROM的接口，分为：IDE接口、SCSI接口、并口和USB接口。

CD-ROM已经成为微机的标准配置，随着价格的下降，CD-RW及DVD正逐渐被用户接受，有望取代CD-ROM。常见光驱的外观如下图所示。CD-ROM、CD-RW、DVD光盘驱动器外型19CD-ROM驱动器:(1)CD-ROM的结构CD-ROM光驱的外观结构20(2)CD-ROM的工作原理(3)CD-ROM的性能指标

CD-ROM主要的性能指标有：①倍速(基本传输速率:150KB/s)②接口③旋转方式l

恒定线速度（ConstantLinearVelocity，简称CLV）方式l

恒定角速度（ConstantAngularVelocity，简称CAV）方式l局部恒定角速度PCAV（PartialConstantAngularVelocity，简称PCAV）④纠错能力⑤

CPU占用率⑥平均读取时间⑦缓存⑧

UltraDMA33/66光驱的工作原理212.光驱性能指标

光驱的速度越快，其性能就越高。还应看其性能指标

传输速率(Sustaineddatatransfrrate)平均访问时间(Averageaccesstime)CPU占用时间(CPULoading)高速缓存

容错性

稳定性

其他指标

(如噪音、散热、售后服务、保修等）223.光驱主要采用的技术

光驱主要有3项读盘技术和一项传输方式。他们是：

CLV(恒定线速度)技术CAV技术(ConstantAngularVelocity：恒定角速度)P-CAV技术(PartialCAV：区域恒定角速度)UltraDMA/33传输方式

4.如何选购光驱

首先，光驱运行要平稳、噪音要小。其次，光驱的使用寿命要长。再次，光驱应该采用标准IDE／ATAPI传输界面，支持UltraATA／33传输模式，最高传输速率能达到33.3MB／sec。此外，光驱还应该采用智能识盘技术，即有调整读取速度的系统。23

1.DVD光驱的简介DVD光驱指读取DVD光盘的设备。DVD盘片容量为4.7GB,相当于CD-ROM光盘的七倍，可以存储133分钟电影。DVD盘片可分为：DVD-ROM、DVD-R(可一次写入)、DVD-RAM(可多次写入)和DVD-RW(读和重写)。DVD光驱的接口主要有IDE接口和SCSI接口两种。目前DVD刻录的标准尚未统一，有DVD-RW规格、DVD+RW规格、DVDl刻录机等。

2.DVD光驱的技术指标

（1）DVD的介质（2）DVD的规格（3）DVD的速度（4）DVD的激光头

二、DVD光驱243.DVD光驱选购技巧

纠错能力稳定性速度接口类型(尽量选用ATA66或ATA100接口的产品）

品牌（名牌的背后是以可靠的质量作为后盾）其他（如价格、缓存大小、外观等）

三、CD-R与CD-RW

CD-R的全称为CD-Recordable，中文译作“可记录式CD”。CD-R盘片上的介质只允许写入一次，写入的数据不能修改

CD-RW的全称为CD-ReWritable，中文译作“可重写式CD”

。CD-RW盘片上的介质允许写入1200次左右，数据可以修改

25CD-RW的类型:

按可写光盘介质来分，刻录机可分CD-R和CD-RW两种。光盘刻录机CD-RW驱动器的外观与CD-ROM光驱几乎一样，如下图所示。CD-RW光驱的外观26四、光盘的选择方法

CD-R、CD-RW盘片的品种:

①绿盘。

②金盘。

③蓝盘。一般来说，桶装的最便宜与实惠。如右下图所示。单片盒装、桶装（散装）CD-R/CD-RW盘片27SCSI接口是小型计算机系统接口(SmallComputerSystemInterface)的简称，它是在美国Shugart公司开发的SASI基础上，增加了磁盘管理功能而研制成的。SCSI的传输速度快，支持多个I/O任务并行操作，因此在非PC机上得到了广泛的应用。SCSI接口能运行在不同速度的接口上，且既能连接内部设备，又能连接外部设备的惟一I/O解决方案。SCSI的传输率由最初的5MB/s到现在的160MB/s，都一直提供最优异的性能表现，并领导着I/O领域技术的发展。

§3SCSI技术

一、SCSI技术的名称、来源、特点

28二、SCSI技术的发展

SCSI-1：8位的通道宽度，传输速率为4MB/s，通常是用于扫描仪。SCSI-2：类似SCSI-1，但能同时连接7个装置，传输速率为10～20MB/s，通常是用于CD-ROM。FastSCSI：8位的通道宽度，使用双倍的频率，传输速率为10MB/sWideSCSI：16位的通道宽度，传输速率为20MB/s。UltraSCSI：8位的通道宽度，传输速率为20MB/s。SCSI-3：又称为UltraWideSCSI，16位的通道宽度，传输速率为40MB/s。Ultra2SCSI：8位的通道宽度，传输速率为40MB/s。WideUltra2SCSI：16位的通道宽度，传输速率为80MB/s。Ultra160/mSCSI：支持最高数据传输率为160MB/s。Ultra3SCSI：Ultra160/mSCSI是Ultra3SCSI的子集。

29三、SCSI的应用

1.SCSI的优势

支持多个设备：SCSI-2最多可以连接7个SCSI设备；传输速率在20MB/s以上则可以连接15个SCSI

设备。CPU的占用

率极低：由于SCSI卡本身带有CPU，这样就提高了工作效率。

2.SCSI的缺点速度仍然不尽如人意。(SCSI硬盘在多任务系统才能发挥好)SCSI设备性价比不高。（与SCSI相关的设备都较贵）

303.SCSI的连接SCSI设备采用并行菊花链连接，连线最长距离不超过6米。

4.SCSI的ID由于SCSI设备采用并行菊花链连接，所以SCSI设备必须有自己的ID进行区别，SCSI设备ID从0到6，共7个，每个设备有一个独立的ID，不能重复，SCSI卡本身的ID是7。主硬盘ID尽量用0，CD-ROM的ID一般排在硬盘后面，但最好设在4之前，其后为CD-R、SCSI磁带机、SCSI扫描仪。5.SCSITerminator(终结器)SCSI标准规定SCSI链的最后一个SCSI设备要用终结器31四、常见的SCSI设备

1.SCSI卡总线接口：分PCI接口和ISA接口

SCSI卡的品牌：Adaptec公司是SCSI卡业界的龙头，是SCSI领域的事实标准。SCSI类型：SCSI发展至今已产生多种类型（已介绍）

2．SCSI硬盘

转速高：通常转速为7200/10000/15000rpm

接口的类型：分8位SCSI50针接头和16位SCSI68孔D型接口。IBM的SCSI硬盘多用于高端服务器市场，零售市场则以Seagate和Maxtor两大公司为主力品牌323．SCSICD-RW

SCSICD-RW具有CPU占用率低、软件兼容性好的优点，且外置盒可单独对CD-R供电。SCSICD-RW要有相应的驱动程序才能工作。不是所有的刻录软件都支持所有的SCSICD-RW

，所以要尽量选择型号较普遍的、产量大的SCSICD-RW。4．SCSIRAID简介所谓RAID，就是将普通硬盘组成一个磁盘阵列，在主机写入数据，RAID控制器把主机要写入的数据分解为多个数据块，然后并行写入磁盘阵列;主机读取数据时，RAID控制器并行读取分散在磁盘阵列中各个硬盘上的数据，把它们重新组合后提供给主机。

根据RAID所采用工作方法的不同，目前可以将RAID分为以下几个级别：RAID0、RAID1、RAID2、RAID3、RAID4、RAID5、RAID6、RAID7、RAID10、RAID53。

除上述之外，还可以用软件技术实现RAID磁盘阵列。

33§4软盘驱动器和U盘

一、软盘驱动器

1.软盘驱动器的结构

软盘有高密盘和低密盘之分，有5.25英寸和3.5英寸两种规格，其容量为1.2MB和l.44MB。

软盘驱动器是驱动软盘旋转并同时向软盘写入数据或从软盘读出数据的设备，它由机械结构和控制电路两部分组成。

从功能上讲，软盘驱动器是由盘片驱动系统、磁头定位系统、数据读写抹电路系统和状态检测系统等4部分组成。342.软盘驱动器的性能指标

道-道查询时间(Track-TrackAccessTime)寻道安顿时间(SettingTime)平均访问时间(AverageAccessTime)每英寸磁道数(TPI，TracksPerInch)和每英寸数据位数(BPI，BitsPerInch)数据传输速度错误比率(ErrorRate)磁头(Head)磁道(Track)第0磁道FAT(Table)磁道密度(TrackDensity)扇区(Sector)软盘转速(RPM)35软盘驱动器和软盘:(1)软盘驱动器的分类

①

5.25in低密软盘驱动器

②

5.25in薄型高密软盘驱动器

③

3.5in软盘驱动器3.5’软盘驱动器的外型36(2)软盘驱动器的选购和安装方法1.安装驱动器电源线与数据线37(3)软磁盘类型、技术指标和使用方法1

下面介绍常见的3.5in软盘，其容量为1.44MB或720KB。其外观如下图所示。3.5’软盘的外观38二、U盘及移动硬盘

U盘是一种新型的移动存储交换产