第4章 存储器

1、微机原理及组装维护技术微机原理及组装维护技术 本章学习目标 掌握存储器的分类 掌握存储系统的层次结构 理解各种存储器的结构和工作原理 掌握各种存储器的主要技术参数目录本 章 结 构存储卡和读卡器移动硬盘U盘存储器存储器概述硬盘存储器随机存储器RAM存储系统的层次结构存储器的分类半导体存储器的主要技术参数半导体存储器的基本结构半导体存储器光盘存储器移动存储器硬盘的数据结构硬盘的主要技术参数硬盘的结构和工作原理只读存储器ROM硬盘技术的发展光盘技术的发展光盘存储器的分类光盘存储器的结构和工作原理光盘存储器的主要技术参数微机的内存条DVD刻录机蓝光DVD固态硬盘4.1 存储器概述 存储器是计算机中用

2、来存储信息的部件，它能把计算机要执行的程序、数据及处理的中间结果和最终结果存储在计算机中，使计算机能自动连续的工作。因此，存储器是微机系统不可缺少的组成部分，是计算机中各种信息的存储和交流中心。 能够存储一位二进制信息的最小物理基体称为存储基元（Cell），若干个存储基元可组成一个存储单元，许多存储单元可构成一个存储体，存储体与存储器控制电路相配合就可构成存储器。4.1.1 存储器的分类 存储器有多种分类方法，主要按以下来分类：（1）按存储介质分类 ，可分为半导体存储器、磁表面存储器、光表面存储器。（2）按在微机系统中的作用分类，可分为主（内）存储器、辅助（外）存储器、高速缓冲存储器。4.1.

3、2 存储系统的层次结构 存储系统的层次结构 微机系统对存储器的基本要求是容量大、速度快和成本低，但要想在一个存储器中同时兼顾这3个方面是很困难的。为了解决存储器的容量、速度、价格三者之间的矛盾，人们除了不断研制新的存储器件，改进存储性能外，还从存储系统结构上研究更加合理的结构模式，形成存储系统的多级层次结构。4.1.2 存储系统的层次结构 为了解决存取速度问题，在系统结构上主要采用了下列措施: （1）在CPU内部设置多个通用寄存器,不属于存储系统。 （2）采用高速缓冲存储器（Cache）。 （3）采用多存储模块交叉存取。可以把主存分成多个模块，按顺序把信息交叉地存放到各个模块中。(现代微机的多

4、通道内存技术) 4.1.2 存储系统的层次结构存储系统多级层次结构由上向下分为3级，其容量逐渐增大，速度逐级降低，成本则逐次减少。整个结构又可以看成两个层次：它们分别是主存辅存层次和Cache主存层次。整个层次结构中的每一种存储器都不再是孤立的存储器，而是一个有机的整体。它们在辅助硬件和操作系统的管理下，可把主存辅存层次作为一个整体，形成的可寻址存储空间比主存存储空间大得多；由于辅存容量大、价格低，使得存储系统的整体平均价格降低。由于Cache的存取速度可以和CPU的工作速度相媲美，故Cache主存层次可以缩小主存和CPU之间的速度差距，从整体上提高存储器系统的存取速度；尽管Cache成本高，

5、但由于容量较小，故不会使存储系统的整体价格增加很多。 4.2 半导体存储器 半导体存储器按存取方式可分为两大类：随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。其中RAM按采用器件可分为双极型存储器和MOS型存储器，而MOS型存储器按存储原理又可分为静态存储器（SRAM）和动态存储器（DRAM）；ROM按存储原理可分为掩膜ROM、可编程PROM、光可擦除EPROM、电可擦除EEPROM和闪速存储器FlashROM等。4.2.1 半导体存储器的基本结构 半导体存储器一般由地址译码器、存储矩阵、读写控制逻辑和输入/输出电路等部分组成，其结构框图如图所示 。4.2.1 半导体存储器的基本结构1.地址

6、译码器 该电路功能为接收CPU发出的地址信号，产生地址译码信号，以便选中存储矩阵中的某个存储单元。存储矩阵中存储单元的编址方式有两种：单译码与双译码。（1）单译码：单译码方式适用于小容量的存储器，存储器中的存储单元呈线性排列。如图（a）所示的单译码结构图中，当地址信号线A5A0输入为000101时便选择了第5个存储单元。 （2）双译码 ：双译码方式适用于容量较大的存储器，将地址线分为行线和列线两组分别译码。如图（b）所示的双译码结构图中，当地址信号线A5A0输入为001010时，行译码产生为2，列译码产生为1，则选中第2行第一列的存储单元。 4.2.1 半导体存储器的基本结构（a） 单译码结构

7、图 （b） 双译码结构图 4.2.1 半导体存储器的基本结构 2.存储矩阵 存储体是能够存储二进制信息的存储单元的集合。为了便于信息的读/写，这些存储单元配置成一定的阵列并进行编址，所以也称存储体为存储矩阵。 3.读/写控制逻辑 CPU发往存储芯片的控制信号主要有读/写信号和片选信号等。只有当片选信号有效时，才可以对存储芯片进行读/写操作。值得注意的是：不同类型的半导体存储器其外围电路部分也各有不同，如在动态RAM中还要有预充、刷新等方面的控制电路，而对于一般的ROM芯片在正常工作状态下只有输出控制逻辑等 。4.2.1 半导体存储器的基本结构 4.输入/输出电路（三态双向缓冲器） 半导体存储器

8、的数据输入/输出电路多为三态双向缓冲器结构，以便使系统中各存储器芯片的数据输入/输出端能方便地挂接到系统数据总线上。当对存储器芯片进行写入操作时，片选信号及写信号有效，数据从系统总线经三态双向缓冲器传送至存储器中相应的存储单元。当对存储芯片进行读出操作时，片选信号及读信号有效，数据从存储器中相应存储单元读出，经三态双向缓冲器传送至系统总线上 。4.2.2 半导体存储器的主要技术参数存取速度工作电压 功耗 存储容量 4.2.2 半导体存储器的主要技术参数 1.存储容量 存储容量是指存储器芯片上能存储的二进制数的位数或字节数。如果一块芯片上有N个存储单元，每个可存放M位二进制数，则该芯片的容量用N

9、M位（b）表示。也可以表示为NM/8字节（B）。 2.存取速度 存取速度一般可以用存取时间和存取周期来衡量。 4.2.2 半导体存储器的主要技术参数 （1）存取时间：是指从启动一次存储器操作到完成该操作所经历的时间。例如，读出时间是指从CPU向存储器发出有效地址和读命令开始，直到将被选单元的内容读出为止所用的时间。显然，存取时间越小，存取速度越快。 （2）存取周期：是指对存储器进行一次完整的读或写操作所需要的全部时间。即连续启动两次读或写操作所需间隔的最短时间。一般情况下，存取周期略大于存取时间。 对于内存而言，现在的微机多用内存频率（内存数据传输频率）来体现内存储器的速度。 如DDR3 13

10、33内存，是指内存条的数据传输频率为1333MHz。 即数据传输率（数据带宽）为数据传输频率内存总线位数/8=133364/8=10.6GB/s。 对存取速度有影响的还有内存时序参数 4.2.2 半导体存储器的主要技术参数 3.工作电压 工作电压是指芯片工作时所需的电源电压。有的芯片只要单一电压，而有的要多种电压才能工作。 4.功耗 功耗是指每个存储单元所消耗的功率，单位为W/单元，也可以用每块芯片总功率来表示功耗，单位为mW/芯片。4.2.3 随机存储器RAM所谓随机存取是指通过指令可以随机地对每个存储单元进行访问，这种存储器称为随机存取存储器，简称为随机存储器。 随机存储器RAM在掉电情况

11、下，信息将全部丢失。RAM根据原理又可分为静态RAM和动态RAM。静态RAM存放的信息在不停电的情况下能长时间保留，状态稳定，只要不掉电，保存的信息就不会丢失。动态RAM电路简单，集成度高，但其中保存的内容即使在不掉电的情况下，隔一定时间之后也会自动消失，因此要定时进行动态刷新，这就是“动态”名字的由来。 4.2.3 随机存储器RAM1.静态RAM（SRAM） 静态RAM的基本存储电路通常由6个MOS管组成，如图所示 。读写速度很快。目前微机使用的Cache就属于静态RAM。 4.2.3 随机存储器RAM2.动态RAM(DRAM) 动态RAM与静态RAM不同，动态RAM的基本存储电路是利用电容

12、存储电荷的原理来保存信息，由于电容上的电荷会逐渐泄漏，因而对动态RAM必须定时进行动态刷新，使泄漏的电荷得到补充。单管动态RAM的基本存储电路如图所示 。内存条都属于动态RAM。 ROM芯片与RAM芯片的内部结构类似，与RAM的最大不同是掉电后信息不丢失，能长久地保存信息。目前很多种ROM不仅是只读，而且能重复写入。按存储原理及生产工艺的不同，可分为以下几类ROM。 1.掩膜ROM 掩膜ROM中存储的信息是在制造过程中写入的。生产芯片的厂家制造这种只读存储器时，采用光刻掩膜技术，将信息置入其中。即将单管电极按需要光刻在存储单元中，未置入单管的位存的是“1”，置入单管的位存的是“0”。掩膜ROM

13、制成后，存储的信息就不能再改写，用户使用时，不能写入，只能进行读出操作。 4.2.4 只读存储器ROM2.可编程PROM 可编程PROM允许用户自己编程一次。这种芯片在出厂时各单元内容全为“0”，用户可用专门的PROM写入器（或称编程器）将信息写入，这种写入是破坏性的，即某个存储位一旦写入“1”，就不能再变为“0”，因此对这种存储器只能进行一次编程，信息一次写入后，只能读出，不能修改。 4.2.4 只读存储器ROM3.光可擦除EPROM 光可擦除EPROM芯片的外观与一般集成电路不同，中间有一个能通过紫外线的石英窗口。对其写入时，要用EPROM写入器（或称编程器）将信息写入到EPROM芯片中。

14、擦除时，将芯片放入擦除器的小盒中，用紫外灯照射约15分钟，使各单元内容均为FFH，说明原信息已被全部擦除，恢复到出厂状态。写好信息的EPROM为了防止因光线长期照射而引起的信息破坏，常用遮光胶纸贴于石英窗口上。 4.2.4 只读存储器ROM4.电可擦除EEPROM 电可擦除EEPROM（或称E2PROM）是一种采用SAMOS 、MNOS或FLOTOX工艺生产的可擦除可编程的只读存储器。擦写时只需加编程电压对指定单元（1个字节）产生电流，形成“电子隧道”，对该单元信息进行擦写，其他未通电流的单元内容保持不变。EEPROM具有对单个存储单元在线擦除与编程的能力，而且芯片封装简单，对硬件线路没有特殊

15、要求，操作简便，信息存储时间长，因此，EEPROM给需要经常修改程序和参数的应用领域带来了极大的方便。但EEPROM集成度低、存取速度较慢、价格较高。4.2.4 只读存储器ROM5.闪速存储器FlashROM 闪速存储器FlashROM（或称Flash memory）是一种新型的半导体存储器，是EEPROM的改进产品。这种存储器对数据的擦除不是以单个的字节为单位而是以固定的区块为单位进行的，区块大小一般为256KB到20MB（不同的FlashROM大小不同），并且其组成存储单元的电路不同，使其具有可靠的非易失性、电擦除性、大容量、高速度及低成本等优点，因此成为用于程序代码和数据存储的理想载体。

16、 4.2.5 微机的内存条 微机的内存储器包括随机存储器RAM（内存条）和只读存储器ROM（BIOS）。而平常说的内存主要指随机存储器（内存条），目前微机使用的内存条都属于动态RAM 。4.2.5 微机的内存条 1.内存条的结构4.2.5 微机的内存条（1）PCB 内存的PCB板多数是绿色的，也有红色的，电路板都采用多层设计，有4层或6层的。理论上6层PCB板比4层PCB板的电气性能要好，性能也更稳定，所以名牌内存多采用6层PCB板制造。因为PCB板制造严密，所以从肉眼上较难分辨PCB板是4层或6层，只能借助一些印在PCB板上的符号或标识来判断。 （2）引脚 金色的引脚是内存与主板内存槽接触的

17、部分，通常称为金手指。金手指是铜质导体（高档的镀金），使用时间长就可能被氧化，影响内存的正常工作，以致发生无法开机的故障。可以每隔一年左右的时间，用橡皮擦擦一遍被氧化的金手指就可以解决这个问题了。 4.2.5 微机的内存条 （3）内存固定卡缺口 主板的内存插槽上有两个卡子，用来牢固地扣住内存，内存上的缺口便是用于固定内存的 。 （4）金手指缺口 （引脚隔断槽口） 金手指缺口的作用，一是用来防止内存插反（靠近一侧），二是用来区分不同类型的内存 。4.2.5 微机的内存条 （5）内存芯片（内存颗粒） 内存上的内存芯片也称为内存颗粒，内存的性能、速度、容量都是由内存芯片决定的。内存芯片上都印刷着标识

18、，这是了解内存性能参数的重要依据。 内存上焊接的内存芯片有单面和双面之分。单面内存条只有一面焊接有一组（Bank）内存芯片；双面内存条则两面都焊接有内存芯片。单、双面内存条区别很小，但同等容量的内存条，单面的比双面的集成度要高，工作起来更稳定，所以应尽量购买单面内存条。 4.2.5 微机的内存条（6）SPD芯片 SPD（Serial Presence Detect，串行存在检测）是一颗8脚，容量为256B的EEPROM芯片。SPD芯片内记录了该内存的许多重要参数，如芯片厂商、内存厂商、工作频率、容量、电压、行地址/列地址数量、是否具备ECC校验、各种操作时序参数（如CL、tRCD、tRP、tR

19、AS）等，用于供主板的BIOS读取。 （7）内存颗粒空位 一般内存每面焊接8片芯片，如果多出一个空位没有焊接芯片，则这个空位是预留给ECC校验模块的。带ECC校验的内存价格比普通内存要昂贵许多，因此带有ECC校验功能的内存绝大多数都是服务器内存。4.2.5 微机的内存条（8）电容 内存上的电容采用贴片式电容。电容的作用是滤除高频干扰，它为提高内存的稳定性起了很大作用。（9）电阻 内存上的电阻采用贴片式电阻。因为在数据传输的过程中要对不同的信号进行阻抗匹配和信号衰减，所以许多地方都要用到电阻。在内存的PCB板设计中，使用什么样阻值的电阻往往会对内存的稳定性产生很大影响。（10）标签 内存上一般贴

20、有一张标签，上面印有厂商名称、容量、内存类型、生产日期等内容，其中还可能有运行频率、时序参数、工作电压和一些厂商的特殊标识。内存标签是了解内存性能参数的重要依据。4.2.5 微机的内存条 （11）散热器 对于DDR2、DDR3内存条，由于发热量较大，有些会外加散热片，以提高散热效果。带有散热片的内存条如图所示。 4.2.5 微机的内存条 2.内存条介绍 （1）SDRAM内存条 SDRAM（Synchronous DRAM，同步动态随机存储器）内存条共有168（842面）个引脚，因此又称为168线内存。SDRAM是Pentium II/III档次微机使用的一种内存类型，常见容量有32MB、64M

21、B、128MB和256MB等，其外观如图所示。 4.2.5 微机的内存条（2）DDR SDRAM 内存条 DDR SDRAM（Dual Date Rate SDRAM，双倍速率SDRAM）内存条用在Pentium 4等级别的微机上。DDR SDRAM有184个引脚，常见容量有128MB、256MB、512MB等，其外观如图所示。 4.2.5 微机的内存条（3）DDR2 SDRAM内存条 DDR2 SDRAM内存条用在Intel LGA 775 Pentium 4/D、Core 2和AMD Athlon 64 X2、Phenom等级别的微机上。DDR2 SDRAM有240个引脚，内存条的SPD芯

22、片与DDR内存不同，其常见容量有512MB、1GB、2GB等，其外观如图所示 。4.2.5 微机的内存条（4）DDR3 SDRAM内存条 DDR3 SDRAM内存条用在Intel Core i、Core 2和AMD APU、FX等级别的微机上。DDR3与DDR2一样，也有240个引脚，但DDR3引脚隔断槽口与DDR2不同，DDR3内存左右两侧固定卡口也与DDR2不同 ，其常见容量有1GB、2GB、4GB等。DDR3的外观如图所示。 4.3 硬盘存储器 硬盘存储器是外存储设备的主要类型，用于存储大量的程序和数据。通常计算机将所有程序和数据都存储在硬盘或光盘上，并根据需要将要运行的程序和数据调入主

23、存储器中。硬盘存储器读写速度较慢，但存储容量较大，价格较低。现在的硬盘存储器容量一般从几百GB到几TB（1TB=1024GB）。随着计算机技术的发展，硬盘存储器的存储容量每年都在增加。 4.3.1 硬盘技术的发展 说到硬盘的发展历程，不得不提IBM公司。世界上第一块硬盘就是由IBM公司发明并制造的。在整个硬盘技术发展的过程中，几乎每一项革命性的硬盘技术都与IBM公司有着联系。 世界上第一块硬盘就是由IBM公司发明并制造的。1956年9月，IBM公司的一个工程小组向世界展示了第一台磁盘存储系统IBM 305 RAMAC 。4.3.1 硬盘技术的发展 由于RAMAC庞大的体积和低效的性能，1968

24、年IBM公司又提出了“温彻斯特/Winchester”技术，即所谓“温盘”技术。 “温彻斯特”技术的精髓是：磁盘盘片被固定在一个密封的空间内，并以主轴为中心高速旋转；磁头沿盘片径向移动，并悬浮在高速转动的盘片上方不与盘片直接接触进行存取。这就是现代硬盘的原型。 4.3.2 硬盘的结构和工作原理 1.硬盘的外部结构 从外观上看，硬盘由电源接口、数据接口、跳线、控制电路板、固定盖板等组成，如图所示。 4.3.2 硬盘的结构和工作原理（1）电源接口 电源接口与机箱电源相连，为硬盘工作提供电源。IDE硬盘的电源接口为4针接口；而SATA硬盘的电源接口为15针接口。（2）数据接口 数据接口是硬盘和主板控

25、制器之间进行数据传输的通道。根据连接方式的差异，分为IDE、SATA等接口。IDE接口为40根针，数据线分40线和80线两种（80线支持Ultra ATA/66或Ultra ATA/100的功能）；SATA使用7针接口。（3）跳线 IDE接口硬盘上的跳线是设置主从硬盘时使用的，如果一根数据线上挂两个IDE硬盘时，则一个跳成主硬盘，另一个跳成从硬盘。4.3.2 硬盘的结构和工作原理（4）控制电路板 控制电路板采用贴片式元器件焊接，包括主轴调速电路、磁头驱动与伺服定位电路、读写电路、控制与接口电路等。在电路板上还有一块高效的ROM芯片，其固化的软件可以进行硬盘的初始化、加电和启动主轴电动机、加电初

26、始寻道、定位及故障检测等。此外，在电路板上还安装有高速缓存芯片，通常容量为16MB或32MB，而目前最新产品为了获得更高的传输效率，其缓存容量也逐步增大。（5）固定盖板 硬盘的固定盖板面板上标注有产品的型号、产地、设置数据等，它与底板结合成一个密封的整体，以保证硬盘的稳定运行。 4.3.2 硬盘的结构和工作原理 2.硬盘的内部结构 硬盘内部由头盘组件和前置读写控制电路组成。如图所示。它们被密封在一个非常洁净的腔体内工作，万万不可随意开启外壳。 4.3.2 硬盘的结构和工作原理（1）头盘组件 头盘组件是硬盘的核心部分。包括盘体、主轴组件、读写磁头组件与磁头驱动机构等主要部件，每一个组成部分都是由

27、高度精密的机械零件组装而成。 盘体由单个或多个盘片重叠在一起组成，这些盘片是一些表面极为平整光滑的合金（或玻璃）圆片，并涂有记录数据的磁性物质，是数据存储的载体。即保存文件的地方。 主轴组件（主轴电机）是专门带动盘体做高速旋转的装置，能够带动硬盘达到相当高的转速。目前主流硬盘的转速在每分钟7200转以上。 读写磁头组件与磁头驱动机构两者由驱动臂连接在一起，构成一个整体装置。读写磁头组件负责读取及写入数据时与盘片表面的磁性物质发生作用；磁头驱动机构（寻道电机）负责带动磁头寻道。 4.3.2 硬盘的结构和工作原理 （2）前置读写控制电路 前置读写控制电路也称为前置放大电路。其主要作用是：当数据信息

28、需要写入时，负责将二进制码转换为能够改变电流大小的模拟信号，并传向磁头；当读取数据时，负责将磁头读到的模拟信号转换成二进制码并加以放大。4.3.2 硬盘的结构和工作原理 3.硬盘的工作原理 硬盘的盘片在逻辑上被划分为盘面（Side）、磁道（Track）、柱面（Cylinder）以及扇区（Sector）。如图所示。它由生产厂家设计定型生产及出厂前低级格式化完成，使用者无需再进行低格操作。因为低格对硬盘有损耗，不到万不得已，应尽量不低格硬盘 。4.3.2 硬盘的结构和工作原理 盘面（磁面）：是组成盘体各盘片的上下两个盘面，第一个盘片的第一面为0盘面，下一面为1盘面；第二个盘片的第一面为2盘面，依此

29、类推。由于每个盘面对应一个读写磁头，因此在对盘面进行读写操作时，也可称为磁头0、1、2。 磁道：是在盘片上划分出来的若干同心圆。最外层的磁道为0道，并向着盘面中心增长。其中，在最靠近中心的部分不记录数据，称为着陆区（Landing Zone），是硬盘每次启动或关闭时，磁头起飞和停止的位置。 4.3.2 硬盘的结构和工作原理 柱面：是所有盘片上半径相同的磁道构成的一个圆柱。柱面和磁道的编号是一样的。数据的读/写按柱面进行，而不按盘面进行。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不同盘面上的磁头进行操作，只有当同一柱面的所有磁头全部读/写完毕后，磁头组件才转移到

30、下一柱面。这样可以提高硬盘的读/写效率。4.3.2 硬盘的结构和工作原理 扇区：是磁盘存取数据的最基本单位。即是将每个磁道若干等分后的一个弧段（扇形区域）。每个磁道包含的扇区数目相等。扇区的起始处包含了扇区的唯一地址标识ID，扇区与扇区之间以空隙隔开，便于操作系统识别。扇区的编号从1计起。每个扇区一般为512B。4.3.2 硬盘的结构和工作原理 硬盘作为一种磁表面存储器，是在合金（或玻璃）基片表面涂上一层很薄的磁性材料，通过表面磁层的磁化来存储信息。硬盘不工作时，磁头停留在着陆区。当需要从硬盘读写数据时，主轴电机带动盘片开始旋转。旋转速度达到额定的高速时，盘片在高速旋转下产生的气流浮力迫使磁头

31、离开盘面悬浮在盘片上方，浮力与磁头座架弹簧的反向弹力使得磁头保持平衡，这时磁头才向盘片存放数据的区域移动。根据系统给出的存取数据的地址，首先按磁道号由寻道伺服电机驱动磁头径向移动进行定位，然后再通过盘片的转动找到具体的扇区，最后由磁头存取指定位置的信息。4.3.3 硬盘的主要技术参数 平均访问时间 接口 传输速率NCQ技术 转速 容量缓存容量 连续无故障时间 4.3.3 硬盘的主要技术参数 1.容量 硬盘的容量是衡量一块硬盘最重要的技术参数，也是用户购买时最为关心的参数。硬盘的容量是由盘面数（磁头数）、柱面数（磁道数）和扇区数决定的，其计算公式为： 硬盘容量=盘面数柱面数扇区数512Byte。

32、 硬盘往往由多个盘片叠加而成，因此，硬盘容量还可以这样计算： 硬盘容量=单碟容量碟片数 （单个盘片容量盘片数） 4.3.3 硬盘的主要技术参数 2.转速 硬盘转速单位为RPM，表示每分钟能转多少转。硬盘转速对硬盘数据的内部传输率有直接的影响，也是决定硬盘档次的重要标志。从理论上说，转速越快越好，因为较高的转速可缩短硬盘的平均寻区时间和读/写时间。但在转速提高的同时，硬盘的发热量会增加，稳定性会有一定程度的降低。如今主流硬盘的转速为7200rpm。 4.3.3 硬盘的主要技术参数 3.平均访问时间 平均访问时间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

33、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。4.3.3 硬盘的主要技术参数 4.缓存容量 缓存（Cache）是硬盘控制器上的一块存储芯片，具有极快的存取速度。它是硬盘内部存储和外界接口之间的缓冲器，是硬盘与外部总线之间交换数据的场所。硬盘通过磁头在盘片上来回移动读写数据，速度比较慢；硬盘缓存提供这样一个缓冲区域，把从硬盘读取的数据暂时保存，然后一次性传输出去，或者把从总线传输来的数据暂时保存，然后逐渐写入硬盘。目的是解决硬盘与计算机其他部件速度不匹配的问题。4.3.3 硬盘的主要技术参数 5.接口 由于接口技术的不同，硬盘接口

34、类型决定了硬盘外部的传输速度。目前常见的硬盘接口类型有3种： （1）IDE（2）SATA（3）SCSI4.3.3 硬盘的主要技术参数 6.传输速率 传输速率包括硬盘的内部数据传输率和外部数据传输率。 内部数据传输率也称为持续数据传输率，单位为MB/s。它是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线性密度。 外部数据传输率也称为突发数据传输率或接口传输率，单位为MB/s。它是指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密切相关。4.3.3 硬盘的主要技术参数 7.NCQ技术 NCQ（Native Command Queuing，全

35、速命令队列）是被设计用于改进在日益增加负荷情况下硬盘的性能和稳定性的技术。当应用程序发送多条读/写命令到硬盘时，支持NCQ技术的硬盘可以优化这些读/写命令的顺序，按照它们访问硬盘地址的距离进行重新排列以实现智能数据管理，减少了磁头臂来回移动的时间和次数，从而降低机械负荷达到提升性能和稳定性的目的。目前的主流硬盘都支持NCQ技术。 8.连续无故障时间 连续无故障时间是指硬盘从开始运行到出现故障的最长时间。一般硬盘的MTBF至少在30000或40000小时。4.3.4 硬盘的数据结构硬盘上的数据按照其不同的特点和作用大致可分为5个部分：主引导扇区、操作系统引导扇区（OBR）、文件分配表（FAT）、

36、目录区（DIR）和数据区（DATA）等。 1.主引导扇区 主引导扇区位于整个硬盘的0磁头0柱面1扇区，它由主引导程序MBR、硬盘分区表DPT和结束标识（55AA）三部分组成。硬盘主引导扇区占据一个扇区，共512个字节。其中，MBR占446个字节，DPT占64个字节，结束标识占2个字节。2.操作系统引导扇区 操作系统引导扇区（又称分区引导扇区）简称OBR，位于硬盘的每个逻辑盘（主分区和逻辑分区）的1扇区，由高级格式化命令产生。硬盘中每个主分区和逻辑分区都有一个OBR，其参数视分区的大小、操作系统的类别而有所不同。4.3.4 硬盘的数据结构3.文件分配表 文件分配表简称FAT，是系统的文件寻址系统

37、，顾名思义，就是用来表示磁盘文件的空间分配信息的。4.目录区 目录区简称为DIR，它紧接在第二FAT表之后，记录着根目录下每个文件（目录）的起始单元、文件的属性等。定位文件位置时，操作系统根据DIR中的起始单元，结合FAT表就可以知道文件在硬盘中的具体位置和大小。5.数据区 数据区简称为DATA，是真正意义上的数据存储的地方，位于DIR区之后，占据硬盘上的大部分数据空间。当将数据复制到硬盘时，数据就存放在DATA区。 4.3.5 固态硬盘 固态硬盘（Solid State Disk）简称SSD。相对机械硬盘的主轴旋转工作模式，SSD并无机械部分，所以被称为固态硬盘。固态硬盘的接口规范、定义、功

38、能及使用方法与机械硬盘完全相同。 4.4 光盘存储器 光盘存储器是一种采用光存储技术存储信息的存储器，它采用聚焦激光束在盘式介质上非接触地记录高密度信息，以介质材料的光学性质（如反射率、偏振方向）的变化来表示所存储信息的“1”或“0”。由于光盘存储器容量大、价格低、携带方便及交换性好等特点，已成为计算机中一种非常重要的辅助存储器。4.4.1 光盘技术的发展 纵观光盘技术的发展历程，基本可以归纳为以下三个突出方面：（1）记录次数的增多 起初光盘都是只读型的，用户不能更改其内容，后来出现了可一次写入性光盘，用户可以自己将需要的信息记录在光盘上，但只能写入一次。直到可擦写光盘的问世，才允许用户对光盘

39、进行多次的记录。（2）存储密度的提高 从早期的CD系列发展到DVD，再到蓝光DVD。光盘存储介质的存储密度有了很大提高。（3）数据传输率的提升 目前的DVD刻录机和蓝光DVD刻录机都可以采用随机方式进行写入和读出，但速度较慢。正在研究中的HVD由于使用纳米级的光存储，可将写入速度提升到120MB/s。4.4.2 光盘存储器的分类 1.光盘驱动器的分类 （1）按光盘的存储技术分类 ：光驱可分为CD系列：CD只读光驱（CD-ROM）、CD刻录机（CD-RW）；DVD系列：DVD只读光驱（DVD-ROM）、Combo光驱（DVD-ROM/CD-RW）、DVD刻录机（DVDR/RW/RAM）；蓝光DV

40、D系列：蓝光只读光驱（BD-ROM）、蓝光Combo光驱（BD-ROM/DVDR/RW/RAM）、蓝光刻录机（BD-RW）等。 4.4.2 光盘存储器的分类 （2）按光驱的安放位置分类 根据光盘驱动器安放在机箱内部或外部，光驱可分为内置式光驱和外置式光驱。如图所示为常见的外置式光驱的外观。 4.4.2 光盘存储器的分类 （3）按光驱的接口分类 根据接口标准，光驱接口可分为IDE接口、SATA接口、SCSI接口、IEEE 1394接口、USB接口等。如图所示，从左到右依次为IDE接口、SATA接口、IEEE 1394接口、USB接口。目前内置光驱绝大多数采用SATA接口，外置光驱绝大多数采用US

41、B接口。 4.4.2 光盘存储器的分类 2.光盘的分类 光盘作为光驱使用的存储介质，按性能不同可分为三类：（1）只读型光盘 （2）一次性写入型光盘 （3）可擦写型光盘 4.4.3 光盘存储器的结构和工作原理 1.光盘驱动器的外部结构 各种光盘驱动器的外部结构几乎一样。现在的光驱取消了一些不必要的接口。如图所示。 4.4.3 光盘存储器的结构和工作原理 2.光盘驱动器的内部结构 光盘驱动器集光、电、机械于一体，内部结构非常复杂。从总体上来看，主要由控制电路板和机芯组成，如图所示。 4.4.3 光盘存储器的结构和工作原理 3.光盘的结构（1）光盘的外部结构 4.4.3 光盘存储器的结构和工作原理（

42、2）光盘的数据结构4.4.3 光盘存储器的结构和工作原理 4.光盘存储器的工作原理 当激光头读取盘上的数据时，从激光发生器发出的激光透过半反射棱镜，经过物镜将激光汇聚成极其细小的光点，透过光盘的表面透明基片照射到记录层的凹凸面上。此时，光盘上的反射层会将光线反射回来，透过物镜再到半反射棱镜上，由于棱镜是半反射结构的，因此不会让光束穿过它并回到激光发生器上，而是经过反射照到光敏元件（光电二极管）上。由于光盘原平面部分将激光全部反射，而凹面部分将激光发散，因此反射光的强度有高有低，均会被光敏元件检测出来。其中，光强度由高到低或由低到高的变化表示为数据“1”，而光强度不变化时表示为数据“0”，从而光

43、盘上的数据得以读取。而刻录时，激光头的光束按照数据格式聚焦到记录层上即可。4.4.3 光盘存储器的结构和工作原理光盘存储器的工作原理图 4.4.4 光盘存储器的主要技术参数光盘存储器的主要技术参数 平均访问时间 缓存容量 接口 纠错能力与兼容性数据传输速率 速度 4.4.4 光盘存储器的主要技术参数 1.速度 光盘驱动器的速度指的是标称速度。最初的单倍速相当于150KB/s，光盘驱动器的倍速是指以此标准速度为基准的倍数，例如，2X（2倍速）、4X（4倍速）、8X（8倍速）、24X（24倍速）、32X（32倍速）、56X（56倍速）等 。 2.数据传输速率 此指标与标称速度密切相关。数据传输速率

44、由标称速度换算而来，光盘驱动器标称速度与数据传输速率的换算关系为：数据传输速率=标称速度（倍速） 150KB/s。4.4.4 光盘存储器的主要技术参数 3.平均访问时间 平均访问时间是指光盘驱动器从接到命令到实际读取数据的平均延迟时间，单位为ms。访问时间只是一个平均值，实际访问时间的长短与数据在光盘上存储的位置，以及激光头移动到目的地所用的时间有关，数据越靠近光盘中心访问时间就越短。4.4.4 光盘存储器的主要技术参数 4.缓存容量 缓存的作用是提供一个缓冲区域，将读取的数据暂时保存起来，然后一次性进行传输；或在刻录时数据先要写入缓存中，再刻录到光盘上。目的是解决光盘驱动器与计算机其他部件速

45、度不匹配的问题。现在的只读光驱缓存一般为256KB512KB，刻录机缓存一般为2MB4MB。 5.接口 目前内置光驱绝大多数采用SATA接口，外置光驱绝大多数采用USB接口。IDE接口的内置光驱由于速度慢将被淘汰，SCSI接口的内置光驱价格高，很少使用。而IEEE 1394接口的外置光驱市场占用少，也即将被淘汰。4.4.4 光盘存储器的主要技术参数 6.纠错能力与兼容性 纠错能力是指光盘驱动器读“烂”盘的能力。而兼容性反映了刻录机对写入格式（CD、DVD、BD的所有格式）、写入方式（整盘刻录和增量追加刻录）、写入盘片（金盘、绿盘、蓝盘等）的兼容支持。4.4.5 DVD刻录机 DVD使用频率较高

46、、波长较短的635650nm红外激光对光盘进行读写，而普通CD使用的红外激光波长为780nm。这就使得DVD光盘的记录凹坑（最小0.4 m）比CD光盘的记录凹坑（最小0.83 m）更小，且螺旋存储凹坑之间的距离（只有0.74 m）也更短，光盘密度也更高。一张DVD盘片上存放数据信息量（最大单面4.7GB）远远大于一张CD盘片上存放数据信息量（最大700MB）。 DVD刻录的格式可以分为三大类，分别是DVD-R/RW、DVD+R/RW、DVD-RAM。 4.4.5 DVD刻录机 目前PC市场的主流DVD刻录机都是DVD-SuperMulti全能刻录机，用户要刻录何种DVD格式，只需选择相应格式的

47、可写入光盘进行刻录即可。并且目前PC市场的主流DVD只读光驱也支持对所有格式DVD光盘的读取。 此外，目前有些DVD刻录机还支持光雕技术。LightScribe（光雕）是由美国惠普公司开发的一种光盘标签制作技术，通过激光蚀刻直接将标签图案刻录在专用光雕盘的标签面上。但光雕盘价格稍高。4.4.6 蓝光DVD 2002年2月19日，以索尼、飞利浦、松下为核心，联合日立、先锋、三星、汤姆逊、LG和夏普共同发布了0.9版Blu-ray Disc（简称BD）技术标准，标志着DVD光盘的下一代接班人蓝光光盘的正式诞生。蓝光DVD机因利用波长较短（405nm）的蓝色激光来读取和写入数据而得名。由于蓝色激光的

48、波长短于红光波长，因此在单位面积上能记录更多的信息，所以蓝光光盘比传统DVD光盘容量更大。一个单层的蓝光光盘容量为25GB，而双层的蓝光光盘容量可达到50GB 。 蓝光DVD机目前有3种类型：蓝光只读光驱（BD-ROM）、蓝光Combo光驱（BD-ROM/DVDR/RW/RAM）和蓝光刻录机（BD-RW） 。 4.4.6 蓝光DVD BD-R和BD-RE光盘 蓝光DVD的双光头 蓝光产品标识 4.5.1 U盘 U盘由于使用USB接口而得名。其内部采用闪存芯片（FlashROM，即Flash Memory）存储信息。闪存具有掉电后信息不丢失、存取速度快、集成度高、价格低等特点，因此使得U盘成为了理想的移动存储设备。 目前的U盘大多使用USB 2.0或3.0串行总线接口，由USB接口直接供电，不需外接电