配件基础2外存储设备

外存储设备,硬盘驱动器,2.1,移动硬盘、U盘等其他存储设备,2.2,本章要点,软盘驱动器,2.3,硬盘驱动器的分类、组成、性能指标移动硬盘、U盘软盘的分类和技术指标,本章要点,知识要点,2.1.1硬盘的分类,1按内部盘片直径大小分类2按用途分类3按数据接口分类,1按内部盘片直径大小分类,硬盘按内部盘片直径大小可分为3.5英寸、2.5英寸和1.8英寸硬盘3种。3.5英寸硬盘常用于台式机中，2.5英寸和1.8英寸硬盘常用于笔记本及部分袖珍精密仪器中。各种尺寸的硬盘如图2-5所示。,2.1.1硬盘的分类,(a)3.5英寸硬盘(b)2.5英寸硬盘(c)1.8英寸硬盘,图2-5硬盘,2按用途分类,2.1.1硬盘的分类,（1）台式机硬盘,台式机硬盘就是最为常见的计算机内部使用的存储设备。随着用户对个人计算机性能的需求日益提高，台式机硬盘也在朝着大容量、高速度、低噪音的方向发展，单碟容量逐年提高，转速也达到了15000转。,2.1.1硬盘的分类,（2）笔记本硬盘,笔记本硬盘就是应用于笔记本的存储设备，笔记本强调的是其便携性和移动性，因此笔记本硬盘必须在体积、稳定性和功耗上达到很高的要求，而且防震性能要好。如图2-6所示为富士通120GB的2.5英寸笔记本硬盘，图2-7所示为日立20GB的1.8英寸笔记本硬盘。,图2-6富士通120GB的2.5英寸硬盘图2-7日立20GB的1.8寸硬盘,2.1.1硬盘的分类,（3）服务器硬盘,服务器硬盘在性能上的要求要远远高于台式机硬盘，这是受服务器大数据量、高负荷、高速度等要求所决定的。对用户来说，储存在服务器上的硬盘数据是最宝贵的，因此硬盘的可靠性是非常重要的。为了使硬盘能够适应大数据量、超长工作时间的工作环境，服务器一般采用高速、稳定、安全的SCSI硬盘。高端还有采用光纤通道接口的，极少的低端服务器采用台式机上的ATA硬盘。服务器硬盘具有速度快、可靠性高和带宽大等特点。,2按数据接口分类,2.1.1硬盘的分类,（1）ATA接口硬盘,ATA（AdvancedTechnologyAttachment）接口就是我们常说的IDE接口。现在PC机使用的硬盘大多数都是与IDE接口兼容的，只需用一根IDE数据线将它们与主板连起来就可以了。,并行模式的ATA接口速率提升到100MB/s之后，外部电磁干扰和IDE数据线内部信号间的串扰现象愈来愈严重，数据传输出错概率也成倍提高。在这种情况下，新的SerialATA（即串行ATA，缩写为SATA）接口类型就诞生了。SerialATA1x标准的产品能提供150MB/s的数据传输率。在软件方面，SATA和并行ATA保持了软件兼容性，这意味着厂商丝毫也不必为使用SATA而重写任何驱动程序和操作系统代码。如图2-8所示为IDE接口硬盘，图2-9所示为SerialATA接口硬盘。,图2-8IDE接口硬盘图2-9SerialATA硬盘,2.1.1硬盘的分类,（2）SCSI接口硬盘,SCSI（SmallComputerSystemInterface）小型计算机系统接口，最早研制于1979年。SCSI接口早期多用于服务器、工作站等级的电脑上。随着计算机技术的发展，现在它被完全移植到普通计算机上了。其外观与普通硬盘基本一致，但SCSI硬盘的最高转速比同期IDE硬盘的转速发展得快，SCSI盘的CPU占有率非常低，在5%左右。这就使得SCSI硬盘的性能比IDE硬盘有较大的提高，只是SCSI硬盘须插在SCSI控制卡上。虽然SCSI硬盘需要花费额外的价钱来购买SCSI控制卡配合使用，但是每块SCSI控制卡最多可以挂接15种不同的设备。SCSI硬盘接口有三种，分别是50针、68针和80针。我们常见到硬盘型号上标有“N”“W”“SCA”，就是表示接口针数的。N即窄口（Narrow），50针；W即宽口（Wide），68针；SCA即单接头（SingleConnectorAttachment），80针。,图2-10SCSI控制卡图2-11SCSI硬盘,2.1.2硬盘的组成,硬盘从外观上看，由外壳、固定盖板、安装螺孔、数据线、控制电路板、电源接口和数据接口等组成，如图2-12所示。硬盘内部结构包括传动手臂、主轴、盘片和读写磁头等。硬盘内部结构如图2-13所示。,外壳,数据线接口,电源接口,跳线,控制电路板,反力矩弹簧装置,磁盘盘片,主轴,读写磁头,传动手臂,传动轴,图2-12硬盘外观组成图2-13硬盘内部结构,高速磁头,音圈电机,工作原理,硬盘驱动器的原理并不复杂，和我们日常使用的盒式录音机的原理十分相似。写入数据实际上是通过磁头对硬盘片表面的可磁化单元进行磁化，就象录音机的录音过程，不同的是，录音机是将模拟信号顺序地录制在涂有磁介质的磁带上，而硬盘是将二进制的数字信号以环状同心圆轨迹的形式，一圈一圈地记录在涂有磁介质的高速旋转的盘片上。读取数据时，把磁头移动到相应的位置读取此处的磁化编码状态，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。磁介质是均匀地涂在盘片上的，磁盘一般正反面都用相应地正反面都有磁头机构，一个硬盘往往有多个盘片，每个盘片的每一面都可有成百上千条磁道，这些磁道均是以盘片中心为圆心的圆圈，间隔极小互不相连，数据就是记录在这些磁道上，最外圈的一般定义为0磁道，往里为1、2、，对于同一个磁道来说磁头是不动的，由主轴电机带动盘片高速旋转来完成同一磁道的不同位置的数据存取，对于不同的磁道则有磁头改变径向位置来定位磁道，因此硬盘中还有一个步进电机带动磁头改变径向位置。,工作原理,硬盘驱动器加电正常工作后，利用控制电路中的单片机初始化模块进行初始化工作，此时磁头置于盘片中心位置，初始化完成后主轴电机将启动并以高速旋转，装载磁头的小电车机移动，将浮动磁头置于盘片表面的0道，处于等待指令的启动状态。当接口电路接收到微机系统传来的指令信号，通过前置放大控制电路，驱动音圈电机发出磁信号，根据感应阻值变化的磁头对盘片数据信息进行正确定位，并将接收后的数据信息解码，通过放大控制电路传输到接口电路，反馈给主机系统完成指令操作。结束硬盘操作或断电状态，在反力矩弹簧的作用下浮动磁头驻留到盘面中心。,2.1.3硬盘的主要参数和性能指标,1磁道和扇区当磁盘旋转时，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。这些磁道用肉眼是根本看不到的，因为它们仅是盘面上以特殊方式磁化了的一些磁化区，磁盘上的信息便是沿着这样的轨道存放的。相邻磁道之间并不是紧挨着的，这是因为磁化单元相隔太近时磁性会产生相互影响，同时也为磁头的读写带来困难。一张1.44MB的3.5软盘，一面有80个磁道，而硬盘上的磁道密度则远远大于此值，通常一面有几百甚至上千个磁道。磁盘上的每个磁道被等分为若干个弧段，这些弧段便是磁盘的扇区，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。,2磁头数（Heads）硬盘的磁头数与硬盘体内的盘片数目有关，由于每一盘片均有两个磁面，每面都应有一个磁头，因此，磁头数一般为盘片数的两倍。3柱面（Cylinders）硬盘通常由重叠的一组盘片（盘片最多为14片，一般均在1-10片之间）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，称之为硬盘的柱面。磁盘的柱面数与一个盘面上的磁道数是相等的。,2.1.3硬盘的主要参数和性能指标,4容量格式化后硬盘的容量由3个参数决定：硬盘容量=磁头数柱面数每磁道扇区数512(字节)。硬盘的容量以兆字节（MB）或千兆字节（GB）为单位，1GB=1024MB。但硬盘厂商在标称硬盘容量时通常取1G=1000MB，因此在BIOS中或在格式化硬盘时看到的容量会比厂家的标称值要小。5单碟容量一张盘片具有正、反两个存储面，两个存储面的存储容量之和就是硬盘的单碟容量。所有盘片的容量之和就是硬盘的总容量。单碟容量越大，实现大容量硬盘也就越容易。同时，单碟容量越大，硬盘的档次越高，性能越好，其故障率也越低，当然价格也越贵。,2.1.3硬盘的主要参数和性能指标,2.1.3硬盘的主要参数和性能指标,6硬盘转速,硬盘转速是指硬盘内主轴电机的转动速度，也称主轴转速，目前市场上常见的硬盘转速一般有5400转/分钟、7200转/分钟、甚至10000转/分钟。理论上，转速越快越好，因为较高的转速可缩短硬盘的平均寻道时间和实际读写时间，但是转速越快，发热量越大，不利于散热。目前主流硬盘的转速一般为7200转/分钟。,7、寻道时间寻道时间是指硬盘移动到数据所在磁道而用的时间，单位为毫秒（ms）,平均寻道时间则以磁头移动到正中间的磁道需要的时间，磁盘的平均寻道时间越小性能越高。,2.1.3硬盘的主要参数和性能指标,8道至道时间,该指标表示磁头从一个磁道转移至另一磁道的时间，单位为毫秒(ms)。,9、硬盘表面温度指硬盘工作时产生的温度使硬盘密封壳温度上升的情况。这项指标厂家并不提供，一般只能在各种媒体的测试数据中看到。硬盘工作时产生的温度过高将影响磁头的数据读取灵敏度，因此硬盘工作表面温度较低的硬盘有更稳定的数据读、写性能。,10、缓存缓存是硬盘与外部总线交换数据的场所。硬盘读取数据的过程是将磁信号转化为电信号后，通过缓存一次次地填充与清空，然后再填充，再清空，一步步按照PCI总线的周期送出。缓存的大小与速度直接关系到硬盘的传输速度。,11、平均访问时间平均访问时间（AverageAccessTime）是指磁头从起始位置到达目标磁道位置，并且从目标磁道上找到要读写的数据扇区所需的时间。平均访问时间体现了硬盘的读写速度，它包括了硬盘的寻道时间和等待时间，即：平均访问时间=平均寻道时间+平均等待时间。硬盘的平均寻道时间（AverageSeekTime）是指硬盘的磁头移动到盘面指定磁道所需的时间。这个时间当然越小越好。目前主流硬盘的平均寻道时间通常在9ms左右硬盘的等待时间，又叫潜伏期（Latency），是指磁头已处于要访问的磁道，等待所要访问的扇区旋转至磁头下方的时间。这个时间当然越小越好。对圆形的硬盘来说，潜伏时间最多是转一圈所需的时间，最少则为0（不用转），平均访问时间通常在11ms到18ms之间,12传输速率传输速率是指硬盘读写数据的速度，单位为兆字节每秒（MB/s）。硬盘数据传输速度包括了内部数据传输率和外部数据传输率。内部传输率也称为持续传输率，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性密度(指同一磁道上的数据间隔度)。这项指标中常常使用Mb/S或Mbps为单位，这是兆位/秒的意思，如果需要转换成MB/s（兆字节/秒），就必须将Mbps数据除以8。外部传输率（ExternalTransferRate）也称为突发数据传输率（BurstDataTransferRate）或接口传输率，它标称的是系统总线与硬盘缓冲区之间的数据传输率，外部数据传输率与硬盘接口类型和硬盘缓存的大小有关。目前采用SATA2.0技术的硬盘，外部数据传输率可达300MB/s。,由于内部数据传输率才是系统真正的瓶颈，因此在购买时我们要分清这两个概念。一般来讲，硬盘的转速相同时，单碟容量大的内部传输率高；在单碟容量相同时，转速高的硬盘的内部传输率高。应该清楚的是只有内部传输率向外部传输率接近靠拢，有效地提高硬盘的内部传输率才能对磁盘子系统的性能有最直接、最明显的提升。目前各硬盘生产厂家努力提高硬盘的内部传输率，除了改进信号处理技术、提高转速以外，最主要的就是不断地提高单碟容量以提高线性密度。由于单碟容量越大的硬盘线性密度越高，磁头的寻道频率与移动距离可以相应减少，从而减少了平均寻道时间，内部传输速率也就提高了。,13MTBF(连续无故障时间)指硬盘从开始运行到出现故障的最长时间，单位是小时。一般硬盘的MTBF至少在30000小时以上。这项指标在一般的产品广告或常见的技术特性表中并不提供，需要时可专门上网到具体生产该款硬盘的公司网址中查询。,2.1.4硬盘的选购技巧,1按需选购硬盘2发热及噪音问题3超频问题4保修问题,2.1.5硬盘的生产厂商及编号,1（迈拓）Maxtor硬盘2希捷（Seagate）3西部数据（WesternDigital）4日立（HITACHI）,2.2.1移动硬盘,1移动硬盘的优点2移动硬盘的性能指标,1移动硬盘的优点,（1）容量大,2.2.1移动硬盘,随着计算机技术的发展，移动硬盘的容量朝着海量的方向扩展。目前主流移动硬盘的容量在40G到160G之间，非常适合携带大量的图形图像资料、游戏软件和数据库等。如图2-29所示为爱国者加密王III(80GB)。,图2-29,（2）速度快,2.2.1移动硬盘,移动硬盘有USB2.0的标准接口，数据传输速率是480MB/s，而IEEE1394接口的传输速率是400MB/s，适合视频和音频的存储和交流。,（3）安全可靠,移动硬盘采用笔记本硬盘作为主体，具有较高的安全性。,（4）兼容性好、即插即用,除了Windows98以外，在WindowsMe以上版本的操作系统中，不用安装驱动程序、即插即用、非常方便。,2移动硬盘的性能指标,（1）接口类型,2.2.1移动硬盘,移动硬盘盒外置接口方式主要有并行接口、IEEE1394接口和USB接口2种。,并行接口移动硬盘盒出现较早，由于其数据传输率都低且不支持即插即用功能而被淘汰；,IEEE1394也称Friewire（火线），它是苹果公司在八十年代中期提出的，是苹果式计算机的标准接口。但只有一些高端计算机主板才配有IEEE1394接口，所以普及性较差。,USB接口的移动硬盘盒是主流接口，支持热插拔。USB有两种标准，USB1.1和USB2.0。USB2.0传输速度高达480MB/s，是USB1.1接口的40倍，USB2.0需要主板的支持，可向下兼容，如图2-40所示。,（2）容量,2.2.1移动硬盘,容量问题是我们选购移动硬盘时首先要考虑的问题，要根据需要而定。,（3）移动硬盘盒的尺寸,移动硬盘盒分为2.5英寸和2.5英寸两种。2.5英寸移动硬盘盒使用笔记本电脑硬盘，2.5英寸移动硬盘盒体积小、重量轻、便于携带，一般没有外置电源，是用户的首选。,2.2.1移动硬盘,2.5英寸USB移动硬盘工作时，硬盘和数据接口由计算机USB接口供电。USB接口可提供0.5A电流，而笔记本电脑硬盘的工作电流为0.71A，一般的数据拷贝不会出现问题。但如果硬盘容量较大或移动文件较大时很容易出现供电不足，造成数据丢失甚至损坏硬盘。为加强供电，2.5英寸USB硬盘盒一般会提供从PS/2接口取电的电源线，在移动较大文件时就需要接上PS/2取电电源线。,（4）供电,目前主流的移动硬盘容量在40GB160GB，超大容量的移动硬盘还有2000GB的。主要品牌有爱国者、纽曼、日立、三星、索尼、朗科和清华紫光等。如图2-41所示为爱国者160GB的移动存储。如图2-42所示为日立移动存储。,图2-40USB接口,图2-41爱国者160GB移动存储图2-42日立移动存储,2.2.2U盘,1U盘的特点2U盘的类型3U盘的使用,1U盘的特点,（1）体积只有大拇指大小，重量约20g,（2）由USB接口直接供电、不用驱动器、不需外接电源、可热插拔、即插即用，使用非常方便,（3）存储容量大（22MB1GB），读写速度快（比软盘快20%）,2.2.2U盘,（4）数据保存时间长（达10年之久），可重复擦写100万次以上,（5）耐高低温、不怕潮、不怕摔、小巧轻盈、便于携带，特别适用于微机间较大容量文件的转移存储。,2U盘的类型,（1）无驱动型,（2）启动型,（3）加密型,2.2.2U盘,该类U盘在WindowsMe/2000/XP下不需要安装驱动程序。,启动型U盘在具有从USB设备启动功能的主板中，可以引导操作系统，即将BIOS设置中的“FirstBootDevice”设置为“USBZIP”，有的启动型可以仿真为一个软驱。,加密型U盘可通过闪存盘中的程序控制访问闪盘的权限和对数据加密等。,3U盘的使用,2.2.2U盘,在USB闪存盘包装中均配置USB接口延长线。对于没有前置USB接口的计算机而言，可以使用这条线将USB接口引到机箱的前面。,在使用时，由于WindowsMe/2000/XP操作系统中已经内置了驱动程序，因此无须手动安装程序即可使用；而在Windows98下，需要手动安装驱动程序。,安装USB闪存盘后，可在“资源管理器”或“我的电脑”中看到新增的一个驱动器图标，这时就可以对它进行读写操作了。,目前主流的U盘容量在128MB2GB之间，其他的还有4GB、8GB等，但容量越大，启动的时间就要稍微长一些。目前主要的品牌有爱国者、朗科、纽曼、联想、台电、金士顿和清华紫光等，其中爱国者的U盘是目前市场占有率最大的，如图2-42所示为爱国者1GB的U盘。,图2-43爱国者1GB的U盘,2.3.1软驱的分类2.3.2软驱的性能指标,2.3软盘驱动器,软盘靠写保护开关实现写保护。拨动小方块，打开方孔时则表示已经写保护；反之则表示未进行写保护，这时可以往软盘写入数据。写保护是个非常有用的功能，可防止误写操作，也避免计算机病毒的侵害。在使用时，最好将那些存有重要文件的软盘，如程序安装盘和数据备份盘置于写保护状态。,2.3.1软磁盘的分类,软盘常见的尺寸有2.5英寸和5.25英寸两种，2.5英寸软盘容量为1.44MB，5.25英寸软盘容量为1.2MB。软盘上面有保护块、金属环、快门，等等，如图2-2所示