第4章 存储器

第4章存储器,计算机中用来存储数据或指令的部件称为存储器，存储部件分为外存和内存两类。,第4章存储器,4.1内存储器4.1.1内存条的结构4.1.2内存的技术指标4.1.3内存的选购4.2硬盘4.2.1硬盘的结构及工作原理4.2.2硬盘的性能指标4.2.3硬盘的选购,4.3光盘驱动器4.3.1光盘驱动器的分类4.3.2光盘驱动器的结构4.3.3光盘驱动器的技术指标4.3.4光盘驱动器的工作原理4.4移动存储设备4.4.1移动硬盘4.4.2USB闪盘,4.1内存储器,内存是计算机系统存放数据与指令的半导体存储器单元，它主要分为两类：ROM（ReadOnlyMemory）:只读存储器，其特点是用户只能读出其中数据，而不能往ROM中写入、修改、删除数据，一般用于存放固定的程序。RAM（RandomAccessMemory）:随机存取内存，是内存(Memory)的一种，由计算机CPU控制，是计算机主要的储存区域，指令和资料暂时存在这里。,4.1.1内存条的结构内存芯片：通常称为内存颗粒，有时也称晶片，是内存的核心部分。内存的容量、速度、工作电压都由内存芯片决定。SPD芯片（SerialPresenceDetect,系列参数检测）：实际是一个电可擦除可编程只读存储器（EEPROM），其中保存着内存条的速度、工作频率、单片容量、工作电压、CASLatency参数等信息。PCB板：由于内存芯片直接焊接在PCB板上，所以它的质量会影响到内存工作的稳定性。金手指：也就是内存的接口。金手指上各个引脚都是铜质导线，有多少个引脚往往称为多少线的内存，如DDRSDRAM是184线的。,4.1.2内存的技术指标(1)容量：内存的容量是指内存的总大小，是存储器可以容纳的二进制信息量，单位为“MB”，目前主流DDR内存容量一般为256MB、512MB、1GB等。(2)速度：存取一次数据所需的时间，这个时间越短，CPU等待时间也越短。(3)时钟频率（tCK）：tCK代表SDRAM所能运行的最大频率。数字越小说明SDRAM芯片所能运行的频率就越高。(4)时钟周期：为时钟频率的倒数，单位为ns(10-9秒)。(5)存取时间（tAC,AccessTimefromCLk）：tAC也就是最大CAS延迟时的最大数输入时钟。(6)CAS的延迟时间（CL，CASLatency）：计算机在内存中实际读取数据之前一般都有一个“缓冲期”，即CL，单位为周期，是内存性能的一个重要指标。(7)奇偶校验：一个工业标准的PC机里，存储器应该有9片存储芯片，每一片处理一位数据，其中8b表示一个字符，加上一个称为奇偶位的附加位。这样可以对系统中每个字节的完整性作内置的交叉检查，如果检测到一个错误，计算机会提示用户系统出现故障。当重新启动时，BIOS检测错误并给出相应的错误信息。,4.1.3内存的选购选购内存时，首先要掌握一些必要的知识，学会怎样识别真假内存和内存的标识。并着重从以下几个方面考虑：内存的容量和种类时钟频率外观检查内存芯片,4.2硬盘,硬盘，Harddisk。是计算机中使用广泛的外部数据储存器。它的存储介质是若干刚性磁盘片，因此得名硬盘。目前的硬盘产品按内部盘片尺英寸分类有：5.25，3.5，2.5和1.8in（后两种常用于笔记本及部分袖珍精密仪器中），目前在台式机中使用最为广泛的是3.5in的硬盘。按接口类型分类有（1）IDE接口；（2）SATA接口硬盘和（3）SCSI接口,4.2.1硬盘的结构及工作原理硬盘的外部结构由接口、控制电路板、固定面板（保护外壳）和安装螺孔组成。（1）接口：包括三个部分：电源接口、数据线接口和硬盘跳线。电源接口用来主机电源相连，为硬盘正常工作供电。硬盘跳线用来设置主从盘。数据线接口是硬盘数据和主板控制器之间进行传输交换的纽带，数据线接口和主板上IDE接口对应，用一条数据排线将硬盘和主板相连接，根据连接方式的差异，主要有三种接口：并行接口（PATA）、串行接口（SATA）和SCSI接口。,（2）控制电路板：控制电路板采用贴片式元件焊接，包括许多具有各种功能的集成电路，如主轴调速电路磁头驱动与伺服定位电路、读写电路、主控制电路、接口电路、缓存芯片（512K-8M）、主控制芯片和ROM芯片等。（3）保护外壳：就是硬盘正面的面板，它与底板结合成一个密封的整体，保证硬盘盘体在绝对无尘的环境下运行。它上面往往有一个带有过滤器的透气孔，使硬盘内部气压与大气压一致，并有利于散出热气。外壳上面往往有一个标签，上在标注有硬盘的相关信息，如生产厂家、产品型号、容量、跳线设置说明等。（4）安装螺孔：用于硬盘的安装，对于3.25in的产品，固定盖板和侧面都具有安装孔，可以方便灵活地放置。,硬盘内部结构由固定面板、控制电路板、盘头组件、接口及附件等几大部分组成，而盘头组件（HardDiskAssembly,HAD）是构成硬盘的核心，封装在硬盘的净化腔体内，包括浮动磁头组件、磁头驱动机构、盘片及主轴驱动机构、前置读写控制电路等。浮动磁头组件浮动磁头组件由读写磁头、传动杆和传动轴三部分组成。磁头是硬盘技术最重要和关键的一环，实际上是集成工艺制成的多个磁头的组合，加电后高速旋转的磁盘表面飞行，飞高间隙只有0.1-0.3微米，可以获得较高的数据传输率。,磁头驱动机构磁头驱动机构由音圈电机、磁头驱动小车组成，新型大容量硬盘还具有高效的防震动机构。盘片和主轴组件盘片是硬盘存储数据的载体，现在的盘片大都采用金属薄膜磁盘，这种金属薄膜较之软盘的不连续颗粒载体具有更高的记录密度，同时还具有高剩磁和高矫顽力的特点。盘片组由一个圆形盘片或多个盘片组成，盘片记录数据时通常分为面、磁道、柱面、扇区和着陆区。面（Side）：一块硬盘可能有多个盘片，每个盘片上有两个面，每个面都可以用来存放数据，依次称为0面、1面、2面等磁道（track）：在盘片表面上以盘片中心为圆心，分出多个不同半径的同心圆，这样的每一个同心圆周称为一个磁道。每个面上的各个磁道从外向里依次编号为0磁道、1磁道、2磁道等，称为磁道号。,柱面（cylinders）：在硬盘中将不同盘面上相同半径的磁道组成一个空心圆柱，称为柱面。因此，柱面数和磁道数是相等的。扇区(sector)：磁道不直接用来存放数据，而是把每个磁道划分成相等的若干段，每段称为一个扇区。并规定一个扇区可以存放512B的数据，在一个硬盘上每个磁道上的扇区数要相同。因此硬盘存储容量可用以下公式计算：硬盘容量=磁头数柱面数（或每面磁道数）每道扇区数512B着陆区（landingZone）：是指硬盘不工作时磁头停放的位置区域，通常指定一个靠近主轴的内层柱面作为着陆区，不用来存放数据，可以避免硬盘受到震动（关机时）时以及开关电源瞬间造成的数据丢失，因此可以称为安全区。,主轴组件主轴组件包括主轴部件如轴瓦和驱动电机等，随着硬盘容量的扩大，主轴电机的速度也在不断提升，导致了传统滚珠轴承电机磨损加剧、温度升高、噪声增大的弊病，对速度的提高带来了负面影响。因而生产厂商开始采用精密机械工业的液态轴承电机（FluidDynamicBearingMotors）技术，液态轴承电机使用黏膜液油轴承，以油膜代替液珠可以避免金属面的直接摩擦，噪音和温度减小到最低。而油膜具有有效吸收震动的能力，可以提高主轴部件的抗震能力。前置控制电路前置读写控制电路也叫前置放大电路，该电路主要有两个作用：第一，负责将二进制码转换成模拟信号；第二，负责将模拟信号转换成二进制码并放大信号。,硬盘工作原理,整个硬盘系统由硬盘驱动器、硬盘适配器及连接电缆三部分组成。其基本工作原理如下：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，装载磁头的小车机构移动，将浮动磁头置于盘片表面的0磁道，处于等待指令的启动状态，当接口电路接受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，并将接受后的数据信息编码，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。结束硬盘操作的断电状态，在反力矩弹簧的作用下浮动磁头驻留到盘面中心。,4.2.2硬盘的性能指标（1）单碟容量：硬盘中的存储盘片一般有1-4片，每张盘片的储存密度越高，则其达到相同容量的盘片就越少，其气筒可靠性也就越好，同时，高密度盘片可使硬盘当读取相同数据量时，磁头的寻道动作和移动距离减少，从而使平均寻道时间减少，加快硬盘速度。（2）转速：指的是盘片的转速，即硬盘电机主轴的转速，是决定硬盘内部数据传输率的关键因素之一，以每分钟旋转的圈数据来表示。目前常见的有5400转、7200转和10000转的。7200转的为主流。（3）数据传输率：分为内部传输率和外部传输率。外部数据传输率比内部数据传输率快得多。最大内部传输率：也叫持续数据传输率。它指从缓存将数据记录在盘片上或将盘片上的数据读入到缓存时的速度。与盘片转速和盘片磁道密度有关系，是硬盘的一项“硬”指标。广告上所讲的数据传输率往往是指最大外部传输率。最大外部传输率：通称突发数据传输率，指从硬盘接口缓冲区读取数据的速度。在广告或硬盘特性中常以数据接口速率代替。,（4）缓存：数据缓存指在硬盘内部的高速存储器，用于缓解内部数据传输率远小于外部数据传输率的问题。（5）平均寻道时间：指硬盘在盘面上移动读写头到指定磁道寻找相应目标数据所用的时间。（6）平均潜伏（等待）时间：平均潜伏时间指当磁头移动到数据所在的磁道后，然后等待所要的数据块继续转动（半圈或多些、少些）到磁头下的时间，单位为毫秒（ms）。（7）平均访问时间：指硬盘接收到读取指令后，磁头从初始位置移到目标磁道位置（寻道过程），然后等待指定的数据区转动到磁头下方（等待过程），找到所需要的数据的平均时间。因此：平均访问时间指定的数据区转动到磁头下方=平均寻道时间+平均潜伏（等待）时间。（8）S.M.A.R.T技术S.M.A.R.T(Self-Monitoring,AnalysisandReportingTechnology,自监测，分析和报告技术)计算机中的硬盘如果支持S.M.A.R.T，那么万一该硬盘出现不良状态，硬盘的S.M.A.R.T功能通过操作系统就会发出一个警告，可能出现如下信息：,4.2.3硬盘的选购选购硬盘首先应该从以下几方面加以考虑：硬盘容量硬盘速度接口方式高速缓存安全性MTBF(连续无故障时间)发热及噪音问题,4.3光盘驱动器,4.3.1光盘驱动器的分类根据光盘存储技术，目前光盘驱动器常见的分类为：CD-ROM（只读光盘驱动器）、DVD-ROM、CD-R（可写光盘驱动器）、CD-R/W（可擦写光盘驱动器）DVD-ROM(DVD只读光盘驱动器)、DVD-RAM（可反复擦写DVD光盘存储器）。根据光盘驱动器的放置方式可以将光驱分为：内置式光盘驱动器和外置式关盘驱动器。根据光盘驱动器的速度可以将光驱分为：56速读、52速写、24速擦写等不同的速度。根据光盘驱动器的接口可以将光驱分为：IDE接口、SCSI接口、IEEE1394接口等。,4.3.2光盘驱动器的结构光驱的正面(1)防尘门和CD-ROM托盘：用于放置光盘；(2)耳机插孔：用于连接耳机或音箱，可输出AudioCD音乐；(3)音量控制按钮：用于调节输出的CD音乐音量的大小；(4)播放/向后搜索键：用于直接使用控制面板播放CD；(5)打开/关闭/停止键：用于控制光盘托架的进、出；(6)读盘指示灯：(7)手动退盘孔。当光盘由于某种原因不能退出时，我们可以用小硬棒插入此孔把光盘退出。（注意，部分光驱无此功能）。,光驱的背面(1)电源线插座：使用与硬盘相同的四线电源线；(2)主从跳线：用来设置IDE设备的主从位置，与IDE硬盘的跳线功能相同；(3)数据线插座：连接数据线，数据线的另一端连接CD-ROM控制器接口，目前绝大部分的光驱跟硬盘一样使用IDE数据线。(4)音频线插座:光驱与声卡的连接口，可实现AudioCD的播放。安装时将光驱或声卡附带的音频线一端插入此接口，其左右两根线分别对应左（Left）右（Right）声道，音频线的另一端与声卡的对应接口相连。要注意，音频线只对播放AudioCD有用，VCD及多媒体光盘的声音通过CPU处理后再经声卡输出的，所以如果从不播放CD，可不接音频线。,4.3.3光盘驱动器的技术指标1速度指的是光盘驱动器的标称速度，如40X、50X等。普通的CD-ROM有一个标称速度，而DVD-ROM有两个，一个是读取DVD光盘的速度，另一个是读取CD光盘的速度等同于普通光驱的读盘速度。对于刻录机来说，其标称速度有三个，分别为“写/复写/读”，如40X/10X/48X表示此刻录机刻录CD-R的速度为40X，复写CD-RW速度为10X，读取普通CD光盘速度为48X。2数据传输率此指标和标称速度密切相关。标称速度由数据传输率换算而来，CD-ROM标称速度与数据传输率的换算为1X=150KB/s。不过随着光驱速度的提高，单纯的数据传输率已经不能衡量光驱的整体性能，由寻道时间和数据传输率结合派生出的两个子项内圈传输速率（InsideTransferRate）和外圈传输速率（OutsideTransferRate）也左右着光驱的性能。对于DVD-ROM而言，其传输速率有两个指标，一个是普通光盘的读取速率，和上面的CD-ROM一样；另一个是DVD-ROM的数据传输率，此时1X=1385KB/s，比CD-ROM的1X提升不少。其它的刻录机以及COMBO，当涉及CD光盘的读写操作时，按照CD-ROM的标准计算；涉及DVD光盘的读写操作时，按照DVD-ROM的标准计算。,3寻道时间（SeekTime）寻道时间