外存储设备课件

第5章外存储设备5.1阅读资料：外存储器的发展历程5.2硬盘5.3软驱与软盘5.4CD-ROM驱动器5.5CD-R/RW5.6DVD驱动器5.7各类光盘比较5.8其他外存储设备湖北宋清龙集团有限公司5.1阅读资料：外存储器的发展历程5.1.1硬盘的发展历程1956年9月，第一块硬盘诞生。1968年，“温彻斯特”技术诞生。1979年，IBM发明薄膜磁头。1991年，IBM生产3.5英寸的硬盘，硬盘的容量首次达到了1GB。1999年，单碟容量高达10GB的ATA硬盘面世。2000年，高速硬盘问世，新材质硬盘诞生。2000年3月16日，第一款“玻璃硬盘”问世。2001年，新的磁头技术GMR2002年，真正意义上的伟大技术革命IBMAFC技术诞生。湖北宋清龙集团有限公司5.1阅读资料：外存储器的发展历程5.1.2光驱存储设备的发展历程

1、1991年世界上第一个光驱和第一张光碟诞生2、1993年，第二代MPC规格问世，3、1995年夏，公布第三代规格标准，4、1997年左右的时候，光驱已经开始普及了。5、DVD及DVD光驱也就问世了。6、1995年9月发起形成了DVD论坛。7、2001年4月首次开发出可以兼容DVD-RAM和DVD-R(G)格式的驱动器，湖北宋清龙集团有限公司5.2硬盘5.2.1硬盘的外部结构湖北宋清龙集团有限公司5.2硬盘编号组成部分名称说明1缓存硬盘缓存的主要作用是与硬盘内部交换数据，是实现硬盘数据“预处理”操作的芯片，我们通常说的硬盘内部传输速率其实就是指该缓存与硬盘内部之间的数据传输速率。2电源接口该接口由4针组成，主要用于硬盘与机箱电源相连接，并通过该接口为硬盘工作供电。3硬盘跳线当计算机中连接有两个及以上硬盘时，必须为它们设置主盘和从盘。硬盘跳线可以实现这种设置，具体设置方法因不同硬盘而不同，用户可以参考硬盘正面标签上的设置说明来进行主、从盘的设置。4硬盘数据线接口（IDE接口）通过该接口，利用专用数据排线可以把硬盘与主板连接起来，从而实现硬盘中数据的读写操作。5电容硬盘中存储了大量的数据，为保证数据读写操作的安全，需要高质量的电容来稳定电路。6控制芯片这是硬盘的主要控制芯片，负责数据的交换与处理，是硬盘的核心部件之一。湖北宋清龙集团有限公司5.2.1硬盘的结构硬盘内部结构图湖北宋清龙集团有限公司5.2.2

硬盘的工作原理硬盘作为一种磁表面存储器，是在非磁性的合金材料（多为铝片）表面涂上一层很薄的磁性材料，再通过磁层的磁化来存储信息的。即硬盘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，写操作正好相反。硬盘Cache主要负责协调硬盘与主机在数据处理速度上的差异。湖北宋清龙集团有限公司5.2.3硬盘的分类按尺寸分:湖北宋清龙集团有限公司5.2.3硬盘的分类按接口分:湖北宋清龙集团有限公司5.2.4硬盘的技术指标1、容量：容量是指硬盘的存储空间大小，常用GB（吉字节）为单位。2、转速：转速也就是指硬盘内部主轴马达的转动速度。台式机硬盘的转速主要有两种：5400转和7200转3、动作时间：所谓硬盘的动作时间，主要包括平均寻道时间、平均访问时间、道至道时间、最大寻道时间和平均等待时间等几种。4、MTBF（连续无故障时间）：MTBF是指硬盘从开始运行到出现故障的最长时间，单位为小时。5、数据传输率：硬盘数据传输率衡量的是硬盘读写数据的速度，分为外部数据传输率和内部数据传输率两种,一般用MB/s作为计算单位。6、硬盘缓存：缓存是硬盘控制器上的一块存储芯片，为硬盘与外部总线交换数据提供场所。湖北宋清龙集团有限公司5.2.5

硬盘接口方式及比较1、IDE接口：IDE本意是指把“硬盘控制器”与“盘体”集成在一起的硬盘驱动器，也称之为电子集成驱动器。IDE接口的硬盘具有价格低廉、兼容性好、性价比高的优点。2、SATA接口：SATA接口即串行ATA接口（SerialATA），它一改以往IDE接口并行传输数据的方式，而采用连续串行的方式传送数据。

SATA接口相对于IDE接口起点更高，发展潜力更大。3、SCSI接口：SCSI接口即SmallComputerSystemInterface（小型计算机系统接口），它具有应用范围广、多任务、宽带宽、CPU占用率低以及支持热插拔等优点，但价格较高。4、IEEE1394接口：IEEE1394的前身称之为了FireWire（火线）规范，它有两种版本，IEEE1394a和IEEE1394b，支持热插拔、驱动程序安装简易、数据传输速度快、具备通用I/0连接头、点对点的通讯架构等特点，同时IEEE1394接口也具有使用费用昂贵的致命缺点。5、USB接口：USB接口也叫通用串行总线接口，是目前应用最为普遍的设备接口，USB接口具有价格低廉、连接简单快捷、兼容性强、有很好的扩展性、支持即插即用、支持热插拔、支持高传输速率等诸多优点。6、光纤通道（FibreChannel）：光纤通道最长可达10公里，理论带宽可达1.06Gbps，实际带宽可达100Mbps，但价格非常昂贵，并且组建复杂。。湖北宋清龙集团有限公司5.2.5

硬盘接口方式及比较接口标准最大传输速率说明ATA-18.3MB/s是第一代IDE接口标准，支持PIO-0、PIO-1、PIO-2传输模式，最大支持504MB以内的硬盘，硬盘尺寸为5.25英寸，使用40芯连线。ATA-2(EIDE或FastATA)16.6MB/s1994年开发，主要解决了ATA-1标准与BIOS的容量限制，支持容量达到8.4GB的硬盘。相对于ATA-1来说，它又增加了两种PIO模式和两种DMA模式，对应主板上的接口也变为两个IDE口，可分别连接一个主盘和一个从盘共四个IDE设备。ATA-316.6MB/s没有在ATA-2的基础提高传输速率，但引入了密码保护机制，对电源管理方案进行了修改，引入了S.M.A.R.T（硬盘自我监测、自我分析和报告）技术，是一个划时代的重大改进。ATA-4(UltraATA33)33.3MB/s该标准是1996年由Intel、昆腾公司合作开发的，从ATA-4开始，硬盘开始支持DMA（直接内存存取）技术。微软的Windows98系统正式支持这一接口技术。ATA-5(UltraATA66)66.6MB/s该标准是1998年由昆腾公司率先推出的，将普通的40芯排线改为了80芯排线，并继承UltraATA33标准的核心技术—冗余校验技术CRC，保证了高速传输数据的安全性。因Windows98不支持这种技术，故在Windows98下使用时，除用DMA66专用数据线连接硬盘与主板外，还要正确安装主板驱动程序，这样才能识别UltraATA66硬盘。ATA-6(UltraATA100)100MB/s2000年6月推出的一种接口标准，传输速率从上一代的66MB/s提高到了100MB/s，是目前主流的接口标准。ATA-7(UltraATA133)133MB/s是ATA系列中最新的版本，2001年7月由迈拓公司推出，但除了迈拓公司外，它并没有得到其他广大厂商的支持，因为一种新型的接口类型：串行方式接口硬盘出现了。IDE接口方式比较湖北宋清龙集团有限公司5.2.6IDE跳线设置

硬盘跳线位于数据线接口和电源线接口之间，在硬盘的正面标签上、硬盘电路板上或IDE接口旁边一般都附有硬盘跳线说明图。

一般可分为三种跳线设置：Master

（主盘）、Slave（从盘）、CableSelect（简称CS，线缆选择）。

Master表示主盘，是一个IDE通道上第一个被系统检测到的设备。Slave表示从盘，是一个IDE通道上第二个被系统检测到的设备。CableSelect表示使用特殊的硬盘数据线连接主板湖北宋清龙集团有限公司5.2.7

硬盘新技术1、磁头技术：（1）MR（MAGNETO-RESITIVEHEAD）技术。（2）GMR（GIANTMR）技术。

2、S.M.A.R.T技术：自我监测、分析和报告技术。它由硬盘的监测电路和主板上的监测软件对被监测对象的运行情况与历史记录及预设的安全值进行分析、比较，当出现安全值范围以外的情况时，会自动向用户发出警告，并自动降低硬盘的运行速度，把重要数据文件转存到其他安全扇区。

3、数据保护与震动保护技术：当硬盘受到撞击时，SPS系统能保持磁头不受震动，撞击能量被硬盘其他相对坚固的部分吸收，这样就可以提高硬盘的抗震动性能，便于运输、安装、使用。

4、RAID技术：廉价冗余磁盘阵列。组成磁盘阵列的设备具有高速度、大容量、安全可靠的特点。RAID硬盘是由几组硬盘驱动器组成，并由一个控制器统一管理，逻辑上可以把它看作是一个磁盘驱动器。

5、PRML读取通道技术：部分响应完全匹配。PRML技术简单地讲就是将硬盘数据读取电路分成两段“操作流水线”，流水线第一段将磁头读取的信号进行数字化处理，然后只选取部分“标准信号”移交给第二段继续处理。第二段流水线将所接收的信号与PRML芯片预置的信号模型进行对比，然后选取差异最小的信号进行组合后输出，以完成数据的读取过程。

6、湿盘（Wetdisk）技术：该技术能最大限度地减少磁头与盘片的摩擦，数据密度得到进一步提高.湖北宋清龙集团有限公司5.2.8流行硬盘介绍

硬盘参数希捷ST39204LC希捷酷鱼7200.7120G7200转

8M（串口）产品系列捷豹（CHEETAH）18XL酷鱼（Barracuda）7200.7适用类型9.2GB/10000转/4M缓存120GB/7200转/8M缓存（台式机）接口类型SCSISerialATA（SATA）单碟容量（GB）4.880GB盘片数（张）22（第二张盘片只有正面能存储信息）平均寻道时间（ms）68.5平均等待时间（ms）2.994.16内部数据传输率（Mb/s）424683外部数据传输率（MB/s）160150市场参考价——600—760元参考图片湖北宋清龙集团有限公司5.2.8流行硬盘介绍

硬盘参数迈拓金钻九代200G7200转迈拓金钻九代120G7200转迈拓金钻九代80G7200转产品系列DiamondMaxPlus9DiamondMaxPlus9DiamondMaxPlus9适用类型台式硬盘台式硬盘台式硬盘产品容量（GB）200GB120GB80GB缓存大小（MB）8MB8MB8MB接口类型SerialATASerialATASerialATA外部数据传输率150MB/s150MB/s150MB/s转速7200转7200转7200转单碟容量80GB80GB80GB市场参考价900-1170元710-870元560-600元参考图片湖北宋清龙集团有限公司5.2.8流行硬盘介绍

硬盘参数WD鱼子酱160G7200转WD猛禽36G10000转WD鱼子酱80G7200转产品系列鱼子酱系列猛禽系列鱼子酱系列适用类型台式硬盘台式硬盘台式硬盘产品容量（GB）160GB36GB80GB缓存大小（MB）8MB8MB8MB接口类型SerialATASerialATASerialATA转速7200转10000转7200转市场参考价940-1000元1000-1090元450-570元参考图片湖北宋清龙集团有限公司5.2.8流行硬盘介绍

硬盘参数三星SP1614C三星SP0812C三星SP0802N产品系列SpinPoint系列中的P系列SpinPoint系列中的P系列SpinPoint系列中的P系列适用类型台式硬盘台式硬盘台式硬盘产品容量（GB）160GB80GB80GB缓存大小（MB）8MB8MGB2MB转速7200转7200转7200转接口类型SerialATASerialATAUltraATA133其他性能黑匣子，高速（DSP）架构，支持S.M.A.R.T，支持AAM黑匣子，高速（DSP）架构，支持S.M.A.R.T，支持AAM一年包换，两年保修，三年质保市场参考价840元560元490-545元参考图片湖北宋清龙集团有限公司5.3

软驱与软盘5.3.1软驱的结构与工作原理

软驱从外形尺寸上分有两种类型：一是5.25英寸软驱，现已淘汰；一是3.5英寸软驱，是现在软驱的主流尺寸。

软驱主要由控制电路板、马达、磁头定位器和磁头等几部分组成。

软驱的工作原理是：马达带动软盘的盘片转动（转速较慢，大约每分钟300转），磁头定位机构是一个很小的步进马达，负责把磁头移动到正确的磁道上，由磁头完成读写操作。当软盘插入软驱时，它的读写孔被打开，磁头通过该读写孔与盘片接触（软驱磁头在进行读写操作时是接触盘片的）进行读写。湖北宋清龙集团有限公司5.3

软驱与软盘5.3.2软盘的结构湖北宋清龙集团有限公司5.3.3其他几种新型的软驱介绍ZIP驱动器又称海量存储器，是最早出现的大容量软盘驱动器，ZIP采用非接触式磁头设计读写速度更快，更稳定，且不易损坏。MO(MagnetoOptical)也简称光盘机，尺寸通常为5.25英寸，它是一种结合光学原理与磁场原理来存储数据的新式存储设备。LS-120它采用了接触式磁头结构，内建了8KB缓存。可以读取现存的上亿张3.5英寸的传统软盘。LS-120的兼容性要好于ZIP和MO，但价格也较高，一般用户无法承受。湖北宋清龙集团有限公司5.4CD-ROM驱动器CD-ROM光盘具有容量大（一般为640MB/张）、成本低、可靠性高、易于长期保存等优点。读取CD-ROM光盘必须要有专用设备，这个专用设备就叫CD-ROM驱动器，简称光驱。湖北宋清龙集团有限公司5.4.1CD-ROM的结构CD-ROM驱动器从外观上看，主要由以下几个部分构成：光盘托盘（用于放置光盘的）；耳机插孔（接耳机，听CD音乐）；音量旋钮（调节耳机音量大小）；工作指示灯；紧急弹出孔（紧急情况下停电，通过该孔可以弹出光盘托盘）；播放/向后搜索按钮（播放CD音乐光盘时用）；打开/关闭/停止按钮（打开或关闭托盘）。CD-ROM驱动器内部组成包括三个部分：CD-ROM光盘旋转装置（小型电机）、光头控制系统（包括激光发射器、检测器、反射棱镜、光头控制电路等）、信号处理电路。湖北宋清龙集团有限公司5.4.2光盘的数据存储方式CD-ROM光盘片是用特殊的透明塑料或有机玻璃制成，上面附着一层金属薄膜用来记录信息。光盘的数据存储不是杂乱无章的，而是记录在数据轨道中的。数据轨道的形状为阿基米德螺旋线。当高能量激光光束照射到光盘表面时，会使照射处的金属膜熔化而形成一个凹坑(沟)，没有照射到的地方相对于凹坑来说就是凸起(岸)。光盘表面金属膜的岸沟两种状态的交替变化就记录了二进制的“0”和“1”，由沟到岸或由岸到沟的跳变处记录数据“1”，沟内或岸上处记录数据“0”。光盘表面金属膜上的这种凹凸不平的小坑是一种不易改变的物理状态，它记录的信息是永久的，不能改变。湖北宋清龙集团有限公司5.4.3CD-ROM驱动器的性能指标1、倍速与数据传输率：倍速是指光驱读盘的最大速度，用多少倍的方式来标称。光驱倍速从早期的单倍速发展到了今天的48倍速、52倍速（通常记作48X、52X），光驱倍速衡量的是光驱在1秒钟时间内所能读取的最大数据量，以150K字节为单位。2、缓存大小：光驱内部带有缓存，安装于驱动器的电路板上，用于存储将要发送给计算机的数据。它实际上也是实现“预处理”操作的一种存储器，提前为下一步操作准备好数据，以提高光驱的读取速度。3、平均查找时间：又叫平均访问时间或平均寻道时间，是指光驱的激光头从原来的位置移动到指定将要读取的数据区后，开始读取数据到将数据传输至缓存所用的时间，单位为毫秒（ms）。4、接口方式：CD-ROM驱动器的接口是驱动器与主机的连接口，是从驱动器到计算机的数据传输途径，不同的接口方式也会影响光驱的传输速度。5、CPU占有率：也叫CPU占用时间，是指光驱在保持一定的转速和数据传输率时所占用CPU的时间。湖北宋清龙集团有限公司5.4.4CD-ROM驱动器的跳线设置光驱跳线与硬盘跳线很类似，其跳线位置位于光驱数据线与电源接口之间。光驱跳线状态一般只有Master、Slave、CableSelect三种，很少会出现其他状态，各种品牌的CD-ROM驱动器也几乎全是一样，遵循同一个规范湖北宋清龙集团有限公司5.5DVD驱动器DVD是DigitalVersatileDisc的简写，即数字通用光盘，DVD集计算机技术、光学记录技术和影视技术等为一体，可以满足用户对大存储容量、高性能存储媒体的需求。一张DVD光盘的容量可达5.7GB甚至更高，DVD向下兼容CD、VCD和CD-ROM等格式的光盘。5.5.1DVD驱动器的分类类别功能说明DVD-ROM只读型DVD驱动器，始于1996年，类似于CD-ROM，并向下兼容所有格式的CD盘片。DVD-Video在DVD-ROM的基础上发展起来的，最初意图只是提供视频的储存与复制功能，盘片与家用影音光盘类似。DVD-Audio始于2000年，类似于CD-Audio，盘片是一种音乐碟片，也支持视频

、字幕、菜单、屏保等。DVD-R是限录一次的DVD，类似于CD-R，俗称DVD刻录机，所刻盘片可以在家用普通DVD影碟机上播放。DVD-RAM由日立、松下和东芝三家开发，支持反复刻录，最适合于数据存储，所刻盘片不能在DVD影碟机上使用。DVD-RW由先锋和夏普公司开发，支持反复刻录，主要用于刻录视频，与绝大多数家用DVD影碟机兼容。DVD+RW由Dell、HP、Philips、Sony、Yamaha等几家公司开发，支持反复刻录，适合于数据存储、视频存储，并与绝大多数普通家用DVD影碟机兼容。湖北宋清龙集团有限公司5.5.2DVD可重复刻录格式1、DVD-RAM:DVD-RAM的全称为DVD-RandomAccessMemor，中文意思是DVD随机存储器。它的盘片是目前所有DVD刻录盘片中最复杂性的,如右图所示。2、DVD-RW:DVD-RW是第二个被DVD论坛组织认证的DVD重复刻录技术,DVD-RW采用变相式的读写技术，支持重复擦写数据。DVD-RW的优点是兼容性好，而且能以DVD视频格式来保存数据，可以在普通家用影碟机上播放。湖北宋清龙集团有限公司3、DVD+RW:DVD+RW是目前唯一与现有的DVD播放器、DVD驱动器全部兼容的可重写格式，也是唯一获得微软公司支持的DVD刻录标准。DVD+RW不仅可以作为个人计算机的数据存储,还可以直接以DVD视频的格式刻录视频信息，DVD+RW盘片单面容量为4.7GB，双面容量为9.4GB湖北宋清龙集团有限公司5.5.2DVD可重复刻录格式性能DVD+RWDVD-RW防刻死技术有无纠错管理功能有无CLV（恒定线速度）有无CAV（恒定角速度）有无对已刻录出来的DVD视频盘片的导入再编辑功能有无格式化拖拽式的刻录方式（与CD刻录类似）有无光盘刻录封口时间较短较长

DVD-RW与DVD+RW的性能对比

湖北宋清龙集团有限公司5.5.3DVD盘片的物理结构CD盘片的最小凹坑长度为0.83微米，道间距为1.6微米，采用波长为780纳米—790纳米的红外激光器读取数据。而DVD盘片的最小凹坑长度为0.4微米，道间距为0.74微米，采用波长为635纳米—650纳米的红外激光器读取数据。按照单/双面和单/双层结构的组合，DVD盘片可以分为单面单层、单面双层、双面单层和双面双层四种物理结构。在外形尺寸上，DVD盘片也有两种尺寸，一是直径为12cm的盘片，一是直径为8cm的盘片盘片直径单面单层（DVD-5）单面双层（DVD-9）双面单层（DVD-10）双面双层（DVD-18）12cm4.7GB9.4GB8.5GB17GB8cm1.4GB2.9GB2.6GB5.3GB湖北宋清龙集团有限公司5.5.4DVD驱动器的性能指标1、速度:是指DVD驱动器的倍速，采取与CD-ROM驱动器倍速一样的标注方式，以多少倍来表示。DVD-ROM驱动器的1倍速约等于CD-ROM驱动器的9倍速。2、光头:目前市场上DVD-ROM驱动器主要有两种光头，一为单激光头，一为双激光头。单激光头使用同一个光头读取数据。3、平均读取时间:指DVD驱动器的激光头移动到指定数据区后，开始读取数据到将数据传送到缓存所需的时间，单位毫秒。4、缓存大小:与CD-ROM一样，DVD光驱内部也有缓存，用于“预处理”操作。缓存大小同样会影响DVD光驱的整体性能。5、兼容性:指DVD光驱对其他格式盘片的认可度。6、区域代码:区域代码是为防止DVD盘片被盗版和翻版而采取的一项DVD技术生产的限制措施CSS（内容乱码系统）。区域代码采用分区制，将全球划分为六个区，不同区内的DVD驱动器只能读取本区内的DVD盘片。湖北宋清龙集团有限公司5.5.4DVD驱动器的性能指标区域包括的地区范围第一区（Region1）美国、加拿大、东太平洋岛屿第二区（Region2）日本、西欧、北欧、埃及、南非、中东第三区（Region3）中国港台地区、韩国、泰国、印尼等东南亚亚国家第四区（Region4）澳大利亚、新西兰、中南美洲、南太平洋岛屿第五区（Region5）俄罗斯、蒙古、印度半岛、中亚、东欧、朝鲜、北非、西北亚第六区（Region6）中国大陆各省湖北宋清龙集团有限公司5.6各类光盘比较光盘用途容量使用说明CD唱片（CD-DA）用于存储音频信号74-80分钟（650—700MB）在CD播放机、普通光驱中使用。CD-ROM用于存储文字、图像和应用软件650MB在CD-ROM光驱和DVD光驱上使用。VCD用于存储音、视频信号74分钟（MPEG-1规格）在影碟机和光驱上使用。CD-R一次写入相关信息650MB—730MB在CD-R光驱中刻写、读取，也可在普通光驱读取。CD-RW多次写入相关信息（1000