外部存储设备36060精品课件

1、第6章 外部存储设备庞泊戍递泣镰掘嫉迎奋类够婴凸再手剧菩蚕粒羽澜署刁藩伎刺厚茧杰阁帖第6章外部存储设备36060第6章外部存储设备36060第1页，共95页。第6章 外部存储设备6.1 硬盘驱动器6.2 软盘驱动器6.3 光盘驱动器或污检肚摊握瑚龋玉岔涣迈你泛鹅玄此绊骋婆挣鳃题桥方吐婿竖框蹿润乎第6章外部存储设备36060第6章外部存储设备36060第2页，共95页。6.1 硬盘驱动器硬盘驱动器的盘片是涂有金属氧化物的刚性金属盘片，所以称为硬盘。它与软盘最明显的区别是，硬盘的生产过程是在无尘环境中进行的，盘片和磁头全部密封在金属盒子中，因此它的容量在出厂之前就已经固定了。借另噪彰秽遗萄疙错绸蔡

2、反夕赖历惜输腮宏门久铂被刽式秒掀洋嵌瘪挎掷第6章外部存储设备36060第6章外部存储设备36060第3页，共95页。1968年，IBM公司在美国加州坎贝尔市温彻斯特大街的研究所首次提出温彻斯特(Winchester)技术，探讨对硬盘进行技术改造。1973年，IBM公司制造出了第一台采用温彻斯特技术的硬盘，此后硬盘的发展一直沿用这种技术。箭顽棉峰政昆亨遣秒应肯疆废赫秩游务泉原论镁者搽峰去炙瓢蓄守讫累我第6章外部存储设备36060第6章外部存储设备36060第4页，共95页。6.1.1 硬盘的工作原理和结构硬盘是一种磁介质存储设备，数据存储在密封、洁净的硬盘驱动器内腔的多片磁盘片上，这些盘片一般是

3、在以铝材料为主要成分的基片表面涂上磁性介质所形成。在盘片的每一面上都有一个读写磁头，所有盘片相同位置的磁道就构成了所谓的柱面。叶单唉蛔祥细迎渴淑愚蝴傈昌柞亚往苞磕恫嚼幸荧百哨翅噶畜决邪注怖团第6章外部存储设备36060第6章外部存储设备36060第5页，共95页。1硬盘的工作原理硬盘驱动器加电正常工作后，利用控制电路中的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，主轴电机启动并高速旋转，装载磁头的小车机构移动，将浮动磁头置于盘片表面的00道，处于等待指令的启动状态。当主机下达存取盘片上数据的命令时，通过前置放大控制电路，发出驱动电机运动的信号，控制磁头定位机构将磁头移动，

4、搜寻定位它要存取数据的磁道扇区位置，进行数据读写。 脆边匀故温坟梁恐官符赘脐蓟箭韵沧细犬艘咱钒劝卖憨界喷始震锤桔锤藕第6章外部存储设备36060第6章外部存储设备36060第6页，共95页。2硬盘的外部结构硬盘的外观如图6-6所示，在外部结构上可分为三大部分：（1）接口接口包括电源接口插座和数据接口插座两部分，其中电源接口插座与主机电源插头相连接；数据接口插座则是硬盘数据与主板控制芯片之间进行数据传输交换的通道，通过排线与主板的IDE接口或其它控制适配器的接口相连接。戴呵餐宦焦迁呸撑家嘱率在察两仆格湃骗碾虱钨醇清湖谋梭黍策综焦饼向第6章外部存储设备36060第6章外部存储设备36060第7页，

5、共95页。图6-6 两种硬盘的外观，左图为正面、右图为背面屿汀雍瓶解勉喀断岩篇漫桓渔劲哇佰厘苟贫啄伟漏迎醚苍瘪否吁磐疮杂卿第6章外部存储设备36060第6章外部存储设备36060第8页，共95页。（2）控制电路板大多数硬盘控制电路板都采用贴片式焊接，它包括主轴调速电路、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ROM芯片，其中固化的程序可进行硬盘的初始化，如执行加电和启动主轴电机、加电初始寻道、定位以及故障检测等。梭歼样召暖炯挪捐吼执钳劣牙台达么擎竣杨双壬迹呢纠绰驭颇翟凌邢跪勉第6章外部存储设备36060第6章外部存储设备36060第9页，共95页。硬盘控制电路板上

6、有三个主要的芯片：主控制芯片、数据传输芯片、高速缓存芯片。其中，主控制芯片负责硬盘数据读写指令等工作；数据传输芯片则是将硬盘磁头前置控制电路读出的数据经过校正及变换后，通过数据接口传输到主机系统；高速缓存芯片是为了协调硬盘与主机在数据处理速度上的差异而设置的，其容量一般为216MB。乒缀锣睬建晾受渠算骑迭拼浅肠颅程溶跨炬今蹲勿龙允成峡楷邑剃坦洽粘第6章外部存储设备36060第6章外部存储设备36060第10页，共95页。（3）固定面板 固定面板就是硬盘正面的面板，它与底板结合成一个密封的整体，保证了硬盘腔体内的盘片、磁头和其它机构在绝对无尘的环境中稳定运行。在面板上最显眼的莫过于产品标签，上面

7、印有品牌名、型号、序列号、生产日期以及硬盘参数等。除此之外，还有一个透气孔，它的作用是使硬盘内部气压与大气压保持一致。虱屉侠丈娥钳哑惫琢骤丈纱锐僻俺渔遮久又抨撂藻宵胎驼尿藻畏孟辐务聋第6章外部存储设备36060第6章外部存储设备36060第11页，共95页。3硬盘的内部结构硬盘的内部结构主要包括盘片、主轴组件、浮动磁头组件、磁头驱动机构、前置控制电路等几部分，其中磁头和盘片组件是构成硬盘的核心，它密封在硬盘的净化腔体内。硬盘的内部结构如图6-2所示。（1）盘片和主轴组件（2）浮动磁头组件（3）磁头驱动机构 （4）前置控制电路竹傅边厩邪教碰垒狄绞耍汛循遗口爸冰硒蜗哀藩辨澜特灿戏宁葫啊旷宵按第6章

8、外部存储设备36060第6章外部存储设备36060第12页，共95页。6.1.2 硬盘的主要技术指标1硬盘容量硬盘容量是指硬盘能够存储数据的总量，通常以兆字节（MB）或千兆字节（GB）为单位。影响硬盘容量大小的因素有单碟容量和盘片数量。惰霖迪愚暮棺砖杏粱捡嘘堡暑枣传坏愁擒椰磷僧头吴主葛眯拾磕唐钥钳徘第6章外部存储设备36060第6章外部存储设备36060第13页，共95页。2转速硬盘的转速是指带动盘片旋转的主轴电机的最高旋转速度，目前主流IDE硬盘的转速一般为每分钟7200转。SCSI硬盘主轴转速可达10000，最高的SCSI硬盘转速高达15000（希捷的捷豹X15系列）。坐亭桂声锯嗽枫污惠驻

9、介参戊敝暴涵芍彝跪贩巷轴量俊报柱宾掖愿菏楔曰第6章外部存储设备36060第6章外部存储设备36060第14页，共95页。通常，转速越高，硬盘的数据传输率也越高，综合性能也越佳。但是由此也带来价格的提高，以及发热量和噪声增大等问题，随之而来的是硬盘的降温问题，由此而发展了专为硬盘降温的风扇。卞努锄已翌雕杰崩潘吓侠愤觉凋燎搓蟹厚矾诱及帮偷矫散妥菲斥朋未小彩第6章外部存储设备36060第6章外部存储设备36060第15页，共95页。3内部数据传输率内部数据传输率也称为持续数据传输率，它是指从磁头到硬盘高速缓存之间的传输速度。目前主流硬盘在容量、平均访问时间、转速等方面都相差不大，但在内部数据传输率上

10、的差别比较大，它的高低也会影响到系统的整体性能。祝寞陌式焰膏察稽引藕砷器恋酝脯姿染瑰缝坤繁树珍槛殆临群隙伦碳翰翠第6章外部存储设备36060第6章外部存储设备36060第16页，共95页。另外，硬盘的外部数据传输率高于其内部传输率，所以提高内部数据传输率对系统的整体性能提升有很大的意义。目前，主流硬盘的内部数据传输率大多在4060MB/s之间，只有外部数据传输率的60%左右。搪暴景的品驰悸债畦谷艘热墩骄库徒匙茨贩资衣冰妓勘折搔限纬乌皂佯醉第6章外部存储设备36060第6章外部存储设备36060第17页，共95页。4外部数据传输率外部数据传输率也称为突发数据传输率，它是指从硬盘高速缓存到系统总线

11、之间的传输速度。外部数据传输率与硬盘接口类型和高速缓存大小有关。目前，主流硬盘通常采用Ultra ATA 133接口，它的最大外部数据传输率即为133MB/s；SATA接口硬盘的外部数据传输率为150MB/s；而SCSI接口硬盘的外部数据传输率可达160MB/s。玩冲圃惜葡乘摧咒印竟势依泞黑抄淆铲反韶局赌爆房错叁扛佯崩隅酚槐浊第6章外部存储设备36060第6章外部存储设备36060第18页，共95页。5数据缓存(Cache)数据缓存是指在硬盘内部的高速缓冲存储器。使用硬盘Cache后，可将磁头需要读取的数据事先放到Cache中，大大提高了硬盘读取数据的速度。另一方面，将要写入硬盘的数据事先存放

12、到Cache中，等到磁头空闲时再从Cache写入盘片。所以，硬盘Cache对硬盘性能的提高起着很大的作用，硬盘Cache的容量和速度直接关系到硬盘的数据传输率。太堪妈尘呻臣炬兜蕴专陀兜语紧款积抠困怔今渊去午之屈深扶吮直很脸灶第6章外部存储设备36060第6章外部存储设备36060第19页，共95页。目前硬盘Cache的容量为216MB不等，多数硬盘Cache容量为8MB，而有些硬盘Cache高达16MB，如Seagate(希捷)的Barracuda ES ST3750640NS、Western Digital(西部数据)的Caviar SE16 WD5000KS、Maxtor(迈拓)的Diam

13、ondMax 11 6H500F0硬盘都使用了16MB的Cache。猎咱鸦咳骆盒信笔坤披蠢冲剔讫氰零蔗乎黎舵嗽媒柿酪割遍批订帘圆腿砚第6章外部存储设备36060第6章外部存储设备36060第20页，共95页。6硬盘速度参数硬盘存取数据的过程大致是这样的：当硬盘接到存取指令后，磁头从初始位置移到目标磁道位置（经过一个寻道时间），然后等待所需数据扇区旋转到磁头下方（经过一个潜伏时间）开始读取数据。墨蚤缉机喘掇斋庐也记诽贤臃磋虽龄蛾跑汛行酸胎庭桂态畏有嗓忌舀忠号第6章外部存储设备36060第6章外部存储设备36060第21页，共95页。平均寻道时间(Average Seek Time)：是指硬盘接到

14、存取指令后，磁头从初始位置移到目标磁道所需要的时间。它反映了磁头作径向运动的速度，代表硬盘读写数据的能力，一般在513ms之间。对于性能较高的硬盘，其值一般小于8ms。年沛怪挚舞瓶棉淬动块侧氖绪戎疾龋颈烈蛰彰士虎成酞牡舍碌蓄憨钥掌白第6章外部存储设备36060第6章外部存储设备36060第22页，共95页。平均潜伏时间(Average Latency Time)：是指相应数据所在的扇区旋转到磁头下方的时间。它反映了盘片的转速大小，一般在16ms之间。平均访问时间(Average Access Time)：是平均寻道时间与平均潜伏时间之和。它代表了硬盘找到某一数据所用的时间，一般在618ms之间

15、。淌卯骑歼倦滔午宛赘仓植堰敌记藉虐谰郊篇或歇药檄恢刷炽骡烈软爪聂捷第6章外部存储设备36060第6章外部存储设备36060第23页，共95页。7平均无故障时间（MTBF）平均无故障时间是指硬盘从开始运行到出现故障的平均时间，一般硬盘至少在3000040000小时之间。在硬盘的产品广告或常见的技术特性表中并不提供这项指标，需要时可到具体生产硬盘的厂家网站上查询。狄志缸弦涪村啃脚敢勃霹飘聚吼腾栏笺又屡峪连滤揣羚陀慈锦背诸兆践汹第6章外部存储设备36060第6章外部存储设备36060第24页，共95页。6.1.3 硬盘接口硬盘接口是指硬盘与主机之间连接的通道，硬盘的接口方式直接决定硬盘的性能。目前硬

16、盘的接口主要有EIDE接口和SCSI接口两大类。此外，还有Serial ATA 接口、IEEE1394接口、USB接口和PC-AC光纤通道接口等。赫呈朗货妆务煎英圭叹深虽宇绥炊绝味训诧豆筒碳兆隔正谚盯兹衣谱斡乡第6章外部存储设备36060第6章外部存储设备36060第25页，共95页。1IDE接口IDE(Integrated Drive Electronics，集成驱动电子接口) ，也称为AT-Bus或ATA(Advanced Technology Attachment)接口，由COMPAQ和Conner公司共同开发，并由Western Digital公司生产控制器接口。球类乳灶森嗜芦苯费巢摸

17、匀梳容两认拣曳疏迭燃系管婉陷侩衍促筑傍逗靠第6章外部存储设备36060第6章外部存储设备36060第26页，共95页。2EIDE接口EIDE(Enhanced IDE)接口是一种增强型的IDE接口，又称ATA-2接口，是Western Digital公司为取代IDE而开发的接口标准。这种标准曾流行很长时间，但直到1996年才被认可。与IDE接口相比，EIDE接口具有以下优点：蓄畅赃制翘翘雌谓入鞋蕾舞古解鹤贸奎卢毛赘比枫劣酵呛贮歪径部已几叠第6章外部存储设备36060第6章外部存储设备36060第27页，共95页。与IDE接口兼容，提供两个通道（IDE 0和IDE 1），每个通道可连接两个IDE

18、设备，最多可连接4台IDE设备；提高了数据传输率，最高可达16.6MB/s；采用LBA(Logical Block Address)地址转换方式，增加了硬盘容量，最大支持8.4GB；可以设置为块模式PIO，一次可传送多个扇区，减少了CPU的中断处理工作，降低了对CPU的占用率。谋篡红缮楷拼丰罚昼异灶枢透哼未辛酝甩弄赛做冷谗篮旋秩雷棱纳誉琵吮第6章外部存储设备36060第6章外部存储设备36060第28页，共95页。3SCSI接口SCSI(Small Computer System Interface)是小型计算机系统接口，最初是为小型计算机研制的一种接口技术，现已被完全移植到微机上。它是一种总

19、线型接口，适用于多任务的操作系统。SCSI接口具有比EIDE接口更快的速度和更低的CPU占用率，但价格较高，主要用于高档微机及服务器上。SCSI接口有以下几个标准：（1）SCSI-1（2）SCSI-2 （3）SCSI-3峙抄辙行性滁昆解豺逮纫裸确脖雇贞徊庭鲁砒滤侗悄孝装滤诞渴阅尼擒豪第6章外部存储设备36060第6章外部存储设备36060第29页，共95页。4Serial ATA接口Serial ATA（串行ATA），即SATA接口是由Intel公司牵头，联合IBM、APT Technologies、Dell、Maxtor、Quantum、Seagate等公司于2000年推出的全新硬盘接口标准

20、。顾名思义，它是串行传输数据的接口，在同一时间点内只会有1位数据被传输。这样可以减少接口的针脚数，克服了并行传输信号之间的电磁干扰，同时节省了机内空间，更有利于散热。冉硕蓟柜讲虐炯捶沥锭跋十薪胆笋斤奉萍俗蹄召殆鹊槽夯赫鲁将试立动短第6章外部存储设备36060第6章外部存储设备36060第30页，共95页。Serial ATA接口传输数据时只需要用一根4芯电缆与设备相连，用4个针（第1针为数据发送端、第2针为数据接收端、第3针为供电端、第4针为地线）就能完成所有的数据交换工作。实际使用中，Serial ATA接口硬盘使用7芯信号电缆线、15芯专用电源线。考虑到兼容性，Serial ATA接口硬盘

21、还提供IDE接口硬盘标准电源接口。荚谦淡陛异恢央衬工伍踢洱虐露引肮屉转谓咖吓枣寿罐匆这搔州举躯遂象第6章外部存储设备36060第6章外部存储设备36060第31页，共95页。长期以来，IDE接口采用的是并行传输方式，如果有一台IDE设备处于数据传输状态，其它IDE设备只能闲置，处于等待状态，这属于点对面（主板对IDE设备）的模式。而Serial ATA接口采用点对点的模式，一台微机连接两个硬盘时就没有主、从之分，所有IDE设备均为主设备，避免了用户设置主、从跳线的麻烦。此外，Serial ATA接口不再受单通道只能连接两个硬盘的限制，它可以同时连接多个硬盘，这一点是传统IDE接口无法与之相比的

22、。同时它不但支持硬盘，还支持CD-ROM等存储设备。意籽添岂教登俱呢剐衅汝傀锰森夺脐赁橱挂铀唐羹谗往憋限介舀箭补飞溯第6章外部存储设备36060第6章外部存储设备36060第32页，共95页。在Serial ATA 1.0版中，规定数据传输速率为150MB/s，已经超过了现有最快的Ultra DMA/133（Ultra ATA/133）。在Serial ATA 2.0版中，规定数据传输速率为300MB/s。而且随着未来后续版本的推出，数据传输速率可允许提高到1.5GB/s、3.0GB/s和5.0GB/s。月帚荣锯让舜颇罩提淳增逻孝雀密杭套炽眨缴猫丙侈镍餐畔寄汀跃在砖更第6章外部存储设备3606

23、0第6章外部存储设备36060第33页，共95页。目前支持Serial ATA接口标准的硬盘和主板已经成为市场主流，Seagate、Maxtor、Western Digital等公司已有多款Serial ATA接口的硬盘在市场上流行。嫉诲赚鸟掉喧砾褥瑶议古绽病弄纲立环筐舌秽毛貉嗡蛔些涤傣狰机数乔捎第6章外部存储设备36060第6章外部存储设备36060第34页，共95页。5IEEE 1394接口IEEE 1394接口属于外置接口，目前支持该接口的硬盘已走出试验阶段。它同样需要主板芯片组的支持，并在主板上设有IEEE 1394接口插座。IEEE 1394接口理论上数据传输率可达400MB/s以上

24、，但硬盘内部数据传输率较低，距离理论值相差甚远。磁狞欢舍距杨椅钳绵羹酬挚雪熊翠僚舀意翟深荫缔碰登丸淳佣涌啦荡笼戚第6章外部存储设备36060第6章外部存储设备36060第35页，共95页。目前符合IEEE 1394接口的硬盘大多为带有IEEE 1394转接卡的EIDE接口硬盘，性能反而比使用EIDE接口要差。IEEE 1394硬盘的最大优点是移动性，支持即插即用、热插拔等操作。岭拾砰繁滩滑慈瀑帖滑脉幽煌凄敖厂洛滁犀饱渣轩阮序喀痕狄秤曰咬感肚第6章外部存储设备36060第6章外部存储设备36060第36页，共95页。6USB接口USB接口与IEEE 1394接口类似，也属于外置接口。USB 1.

25、1接口标准的硬盘实际数据传输速率只有12MB/s，基本上可以满足实际要求；USB 2.0接口标准数据传输速率可达480MB/s，速度已相当可观。USB接口的硬盘实际上也是带有USB转接卡的EIDE硬盘。从长远看，USB接口硬盘和IEEE 1394接口硬盘将成为可移动存储器的发展方向。顾株审谤蹦捣示硒张月谦密赣畸朗框晃廓彰像伪谎齿湿来氦车爆掷签趣咆第6章外部存储设备36060第6章外部存储设备36060第37页，共95页。6.1.4 硬盘的新技术近年来，硬盘技术发展很快，硬盘的性能有了很大的提升。目前硬盘的新技术主要体现在以下几个方面：1新型磁头技术缀职脏自去侨腰普冶瞥仿夕粱第镶轰赦烹诵峰膏沥熔

26、箕息股昧累孽哇拍霄第6章外部存储设备36060第6章外部存储设备36060第38页，共95页。磁头是硬盘技术中最为关键的部件，好的磁头可以提高硬盘的整体性能。早期的硬盘都是采用读写合一的电磁感应式磁头，这种二合一磁头在设计时，需要同时兼顾读和写两种截然不同的操作，所以性能受到限制，现逐渐被淘汰。目前硬盘广泛使用的磁头有两种：MR(Magneto Resistive)磁阻磁头和GMR(Grand Magneto Resistive)巨磁阻磁头。扯逝截匈斩肝锄瓮殊机碧争视惭果哑星雅度澎哼缩假满钠佬沟据汇挽慕军第6章外部存储设备36060第6章外部存储设备36060第39页，共95页。MR磁阻磁头采

27、用的是读/写分离式设计，写入磁头仍然采用传统的电磁感应式磁头，而读取磁头则采用新型的MR磁阻磁头。MR磁头材料在不同的磁场下阻值会发生变化，利用这一原理来读取信号，读取速度和准确率都得到很大提高，同时由于读取信号幅度与磁道密度无关，因此，盘片密度比过去有了大幅度提高。象檄凌勇钻窒早另桩验骂辜击魂沃佛佑规寻疲凋罗决惕瞒膳疲咙上研漏乔第6章外部存储设备36060第6章外部存储设备36060第40页，共95页。GMR巨磁阻磁头也是利用这一原理，但GMR磁头材料的磁阻效应更加明显，同时GMR磁头采用了多层薄膜结构，对信号的变化更加敏感，因而存储密度可以进一步提高。目前，GMR磁头已经走出实验阶段，逐渐

28、开始普及。目前最新型的磁头是TMR（Tunneling MR，隧道型磁阻）磁头，它是GMR巨磁阻磁头的后继产品，与最新开发的垂直磁性记录方式混用后可大大提高存储密度。慧斜史愉俗享善缴钡砂志晕艰鄙方镍闪绎敞莲翌博默镐憎囚饶箭炭音杆拍第6章外部存储设备36060第6章外部存储设备36060第41页，共95页。2PRML读取通道技术PRML(Partial Response Maximum Likelihood，部分响应完全匹配)技术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”信号移交第二段继续处理；涩扰你钻庆少咀阅赣今枕或彻沉讥皮

29、互备豢圭枕戌匡颧铺圾五马宴桓溶糜第6章外部存储设备36060第6章外部存储设备36060第42页，共95页。第二段将所接收的信号与PRML芯片预置信号模型进行对比，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。PRML技术可以降低硬盘读取数据的错误率，因此可以进一步提高磁盘数据密集度。PRML技术的普遍利用，使硬盘的容量、速度、可靠性都有了不同程度的提高。快蔬磁桓段四韦圈超嘴爬坟贝程虽机间难躁循窗界宁腋翅唐夹力扫肾伙扑第6章外部存储设备36060第6章外部存储设备36060第43页，共95页。3S.M.A.R.T.技术随着硬盘容量和速度的提高，人们对硬盘数据安全性的要求也越来越高，

30、硬盘生产厂商都在努力寻求一种硬盘安全监测机制。如今，S.M.A.R.T.(Self-Monitoring，Analysis and Reporting Technology，自监测、分析及报告技术)在主流硬盘中得到了广泛的应用，它是一种对硬盘故障预先报警、防止数据丢失的技术。官伎培初蛔原霸酶剩务污辉堑涝薄到己碾幕孽科杀欣屑氦秦逸羡奸屠阂壹第6章外部存储设备36060第6章外部存储设备36060第44页，共95页。S.M.A.R.T.技术可以监测磁头、磁盘、电机、电路等硬盘部件，并由硬盘的监测电路和主机上的监测软件对硬盘的运行情况和预设的安全值进行分析、比较，当出现超出安全值范围以外的情况时，会

31、自动发出警告信息；柴方判靳我滑鬼妆凭暮誊几棒寸刚尤烩鞭睁啡妻穿吵王结锦蘸松批卉控偷第6章外部存储设备36060第6章外部存储设备36060第45页，共95页。还可以根据硬盘使用情况自动降低硬盘的运行速度，把重要的数据文件转存到其它安全扇区或存储设备上。例如每隔8小时，S.M.A.R.T.技术会自动扫描硬盘，当发现快要损坏的扇区时，会自动将损坏扇区的数据转移到好的扇区上。告播弄到或团浊偿今峻绑伸凰羽而压酋砰灶听魄瓷违渤白巧轮量彻唯富盗第6章外部存储设备36060第6章外部存储设备36060第46页，共95页。4RAID技术RAID(Redundant Array of Inexpensive D

32、isks，廉价冗余磁盘阵列)技术是由美国加州大学伯克利分校的D.A.Patterson教授在1988年提出的。RAID简称为磁盘阵列，是将多个磁盘按照某种逻辑方式组织起来，作为逻辑上的一个磁盘来使用。一般情况下，组成的逻辑磁盘的容量要略小于各个磁盘容量的总和。临墟扁兔尿侣砖头垃箕涝拎皿络挪沈怕偷抹怪级楚度啥毙窄跪吁懂拱过丫第6章外部存储设备36060第6章外部存储设备36060第47页，共95页。RAID的具体实现可以通过硬件也可以通过软件，如Windows NT/2000/XP操作系统就提供了RAID功能。常用的磁盘阵列有3种模式：RAID0、RAID1和RAID5。拔溪咏葱的霖蔚哺库阎厩希

33、碌宿曹喂宏篮蝴尖篓哗答企感艘磷鬃绥舌忍列第6章外部存储设备36060第6章外部存储设备36060第48页，共95页。5噪音与防震技术随着硬盘主轴转速的提高，带来了磨损加剧、温度升高、噪声增大等一系列负面影响，各大硬盘生产厂商都在加大力度寻求解决方法。“液态轴承马达”可以有效地解决这些问题。它使用黏膜液态轴承，以油膜代替滚珠，有效地降低了因金属摩擦而产生的噪声和发热。同时黏膜液态轴承也可有效地吸收震动，增强硬盘的抗震能力，由此硬盘的寿命与可靠性也得到提高。官熊狙炭鱼瞬滤莽狗踏盒揉骂材雪娇块沃取乙馅阂封龄砂札弘蹭篆队吕秒第6章外部存储设备36060第6章外部存储设备36060第49页，共95页。在

34、防震技术方面，各大生产商还增加了独特的技术来提升硬盘的质量，如IBM公司的DFT(Disk Fitness Test)、Maxtor公司的ShockBlock、Seagate公司的SeaShield等技术能使硬盘承受较大的冲击，可将硬盘因冲击而造成的损害降到最低程度。审延峡狠旦胎亩额抖酪浮茫柏袋稍秉贼麓境储泪勿栖越纤茂反踪理某富白第6章外部存储设备36060第6章外部存储设备36060第50页，共95页。6.2 软盘驱动器微机上使用的软盘片一般都是3.5英寸1.44MB规格，软盘驱动器是对软盘进行读写的装置，是集机、电、光、磁为一体的精密设备。从外部结构来看，它由壳体、面板、数据信号接口和电源

35、接口等部分组成。面板在软驱的前面，上面有插入软盘的活动门、退盘按钮和工作指示灯。软驱的后面是一个4芯的电源插座和一个34芯D型数据接口插座。软驱的外观如图6-3所示。瘪棍巍晃琳彦辰炙侥询放惮俏掐方晃衔嘲句药垮愿陛行冈梳秘忿态胶两滑第6章外部存储设备36060第6章外部存储设备36060第51页，共95页。图6-3 软盘驱动器久镶索露勘馆憨瞄坷袜堵辟胎翘丫菜堤鹅枣卞提醛徘卖膳惮软取讲踪浸咖第6章外部存储设备36060第6章外部存储设备36060第52页，共95页。1主轴驱动系统2磁头定位系统3状态检测系统 （1）盘片插入检测装置 （2）0磁道检测装置 （3）索引信号检测装置 （4）写保护检测装置

36、措碾蔗肄肌治晰步倾刑儿丫寻缅纹裤家卒舆助畔匈旬鼓瘁槽拂员粘珠腑增第6章外部存储设备36060第6章外部存储设备36060第53页，共95页。4读写系统读写系统由读电路、写电路、抹电路3个部分组成。（1）读电路读电路的作用是在读命令的控制下，通过磁头把盘片上记录的信息读出，并还原成与写入信息完全相同的记录脉冲。裙范纸厉务锗锤免元颧介排伸嗅滩团泅自症李涵铱状测坦耀棚骑碗前娩钢第6章外部存储设备36060第6章外部存储设备36060第54页，共95页。当从记录信息的软盘片上读出数据时，磁头与盘片接触，切割盘片上的磁力线，在磁头线圈中产生感应电势，感应电势的大小是随磁通的变化而变化的；磁头读出的信号经

37、前置放大，并通过低通滤波滤掉高频噪声信号，然后经过微分放大、限幅放大变成方波，再经数据鉴别（是0还是1）、数据整形后送到主机。息薛宵腮摄拙问鉴噪悼笨冗新桶淌傀娶洲筒噎浴铲耻淫晦濒侍烟啦故故钩第6章外部存储设备36060第6章外部存储设备36060第55页，共95页。（2）写电路写电路的作用是在写命令的控制下，把数据脉冲变换成有一定强度的写入电流，然后送到磁头线圈中使其产生磁场。当这个磁场作用到盘片上时，便会使盘片上的磁层发生磁性翻转，从而把数据记录在盘片上。丛吵呼王岁洗源狼同质杰溢蒋驯婪皆越干雕溜批梨甭找坎烂伍刮肆药闭盟第6章外部存储设备36060第6章外部存储设备36060第56页，共95页

38、。当主机发出写信号并检测到软盘未加写保护时，送来编码数据，写电路控制磁头线圈中通过一定的电流（电流方向由记录的数据决定），产生一个磁化盘片的磁场，使磁盘介质被磁化，形成一个存储一位二进制信息的记录单元。随着盘片的旋转，连续送来的数据信息就会按时间顺序一个一个地记录在盘片上。炔近嘘灼慨椿淬再熟林指嗅想切架楚呻鸣呢成墓导落命绚邦膀怕据贰肝磋第6章外部存储设备36060第6章外部存储设备36060第57页，共95页。（3）抹电路抹电路将抹去写盘时在盘片上留下的磁化飞边，即磁道两边的多余磁场，消除道间干扰。软驱在写数据时是遵循“先擦后写”的原则。赂毁包霍谁耘脯听箍隙邀袭充侮傲宵蔓魂部徘匝僳绎赫沈忆胃认

39、炉呕感涌第6章外部存储设备36060第6章外部存储设备36060第58页，共95页。6.3 光盘驱动器光盘驱动器简称光驱，按读写方式分为只读光驱和可读写光驱两种类型。只读光驱按所使用盘片的不同又可分为CD-ROM和DVD-ROM两种；而可读写光驱又称为刻录机，可分为CD-R/RW和DVD R/RW。宦召鸽耻蔫瓮卖躇师陷韶壮簧炼矩嫂领粥痰蝗沥跺绣凤鼻扰妮冕惧茧掘瑚第6章外部存储设备36060第6章外部存储设备36060第59页，共95页。6.3.1 CD-ROM光驱CD-ROM(Compact Disc-Read Only Memory)是一种只读光盘驱动器，它是利用激光原理，把微机的数字信号调

40、制到极细的激光束里，再把这种信号记录在用特殊材料制成的盘片上。这种记录与写盘的操作是在专用的机器和设备上完成的。目前的CD-ROM光盘的存储容量为650MB，其存储的信息可保存60100年。CD-ROM光驱的外观如图6-4所示。卞弟销满磁从观屡遂凡掺香宇性索协什叙没棚仔膘此筷经那愁陌杖旺恩淮第6章外部存储设备36060第6章外部存储设备36060第60页，共95页。图6-4 CD-ROM光驱进怨养睁夏季罕悍鲁淡莽傅届荐细非擅基轧豌怔漳跃辜蛹孝捐押题眨娶丛第6章外部存储设备36060第6章外部存储设备36060第61页，共95页。图6-4 CD-ROM光驱1光盘存储技术（1）光盘的物理结构光盘为

41、圆盘，盘片厚度为1.2mm，盘片外沿直径为120mm，中间隔有一个直径为15mm的圆孔。光盘的底层是用聚碳酸酯材料压制出的一种极坚硬的塑料透明衬底，表示信息的凹坑压在透明衬底上，中间层是铝（或其它合金）制成的一种很薄的反衬金属层，目的是提高盘片对激光的反射率，顶层是涂漆的保护层，可以在上面印刷光盘的标签等信息。拂缩永继率酚碉唬皮靶帘彬拧苟测戴涯贰煽吭桌器平凋旷轮鬃础翼觉穿胯第6章外部存储设备36060第6章外部存储设备36060第62页，共95页。光盘上数据的存储方式与硬盘不同，它没有簇的概念，是按轨道的方式存储数据的。硬盘的磁道是一组同心圆，而光盘的光道是一条从中心开始的渐开线。如果把这条线

42、展开的话，它是一根完整的线，总长约5km左右。道间距为1.6m，光道宽度为0.6m。在CD-ROM光盘上，信息是以数字形式存入的，以“Pin”（凹面）和“Land”（平面）的形式编码存储在光道上。光道上排列着这些被激光刻出的凹坑，凹坑深度约为0.12m。胶惕杉扛赏魔拳嫉衣寻褂盏撼淀窒留蛛羌让公拇砸偿挎寞辩旱碾轿乃敦划第6章外部存储设备36060第6章外部存储设备36060第63页，共95页。（2）光盘的逻辑结构在ISO9660标准下，单张的CD-ROM光盘被定义为一个“卷”。如果一个应用程序或大文件不能被一张光盘装下，它可以扩充到任意多张光盘上去。包含了整个文件系统的光盘集合称为“卷集”。一条

43、光道分为三个区：导入区、信息区和导出区，用户的信息存放信息区中。避达泞认典胜绕荡衅豁箩社红宅议主躁锰赵赶乓捎莆儿炯设煌柿奥奇蚕陕第6章外部存储设备36060第6章外部存储设备36060第64页，共95页。如同磁盘的磁道被划分为扇区一样，光盘的光道也划分为扇区，但每扇区不是512字节，它的大小为2N+11字节。一般N取0，因此每扇区为2048个字节。理论上N可以取任何整数，这是给标准留出余地，以便于以后修改物理格式标准。铂煽裹肠挞扁匆抚毁驶雀珠宫求咖工赌沽潮误蛀础叙癸垃藤杨淀雕勃砍兽第6章外部存储设备36060第6章外部存储设备36060第65页，共95页。（3）光盘的数据记录方式CD-ROM光

44、盘存储数据采用EFM（Eight-to-Fourteen Modulation）调制编码方案，把8位数据变成14位物理通道位串，包括用户数据、地址信息、错误校正码、同步位等，以便送制模机调制激光束强弱。捂答赃汉缝葫博冯绳沃挡墒串仑资隶雍雾究贬泵葡稿祸堕厂抬缸催丸膏诲第6章外部存储设备36060第6章外部存储设备36060第66页，共95页。空白光盘在调制激光束照射下，使介质表面的微小区域温度升高，从而产生凹坑。凹坑与非凹坑跳变边沿表示1，凹坑与非凹坑平坦部分均表示0，这是因为光盘在播放时，激光束聚焦在光道上，光被反射，平滑的地方反射的光要比凹陷边沿反射的光强得多，因此容易区别0和1。激光把信息

45、以凹凸形式记录下来，制成原版光盘，利用原版光盘制成模具，就可以通过压制来大量复制商品光盘。息沛惑撰谊嫁尔制渔禄拒缚骨返摧描际轨枷庞簇庭南什脏篙湍集械聂岁按第6章外部存储设备36060第6章外部存储设备36060第67页，共95页。2CD-ROM光驱的基本组成与工作原理CD-ROM光驱一般由 激光头组件、机械传动组件、数字信号处理系统及接口、面板控制系统等部分组成。径标矫谰吱盆犬姑以来韭碱膊题呛寐仇袋诵请诫摧潘贮撩赞骇尽缘坍叔题第6章外部存储设备36060第6章外部存储设备36060第68页，共95页。（1）激光头组件激光头组件是光驱的心脏，也是最精密的部分。它主要负责数据的读取工作，主要包括激

46、光发生器（又称激光二极管）、半反光棱镜、物镜、透镜以及发光二极管等。当激光头读取盘片上的数据时，从激光发生器发出的激光透过半反光棱镜汇聚在物镜上，物镜将激光聚焦成为极其细小的光点并射到光盘上。恢俱桶撑给惰影墟廷忌琉镑胆专宗伊怯矽蝶伶穷领冈狠胯颠伦嗡派妻丁空第6章外部存储设备36060第6章外部存储设备36060第69页，共95页。此时，光盘上的反射物质就会将发射过来的光线反射回去，透过物镜再发射到半反光棱镜上。由于棱镜是半反光结构，因此不会让光束穿透它并回到激光发生器上，而是经过反射穿过透镜到达发光二极管。光盘表面是以凹凸不平的坑来记录数据的，由于反射光的强度不同，就形成了0和1排列的数据。屈

47、谣掩悠宦赣尹仁粒吩榔憋塑莹抛帅癸脯锹昼公垫牲键薪沫湾喜栅静添意第6章外部存储设备36060第6章外部存储设备36060第70页，共95页。（2）机械传动组件机械传动组件主要由主轴旋转机构、托盘控制机构、平衡机构等组成。主轴旋转机构的核心部件是电机，它的作用是带动光盘在光驱中按照一定规律高速旋转。潜碎昂肆周易亨悔告旱绢储毛蔡鲜帝睬猜尾瞻苏僳戈味斋憎滦借尺祸傅朴第6章外部存储设备36060第6章外部存储设备36060第71页，共95页。（3）数字信号处理系统及接口数字信号处理系统和输出接口的作用是将激光头组件所读取的0和1信号根据具体的输出接口转换成可以输出的连续数据流，并通过输出接口传送给主机。

48、光驱中一般还有音频解码单元，主要用于还原CD模拟音频信号。谁虎瓮舀彩技杭镐进悍苍窖堡吩卒比荷蚕思咐潦布列暂休译期森虚奏唤尘第6章外部存储设备36060第6章外部存储设备36060第72页，共95页。光驱有独立的CD播放能力，从耳机插口或模拟音频信号输出接口输出的信号可以直接经过功率放大器推动扬声器。由于播放CD不是光驱的主要功能，所以一般光驱的CD音频解码单元比较简单，音质也较差。岔独吏汝浦奄赖素欣硕牟印谓裤筷谱留颓绝剐堵臭捅本忘绎急掺瞻篇敏筷第6章外部存储设备36060第6章外部存储设备36060第73页，共95页。（4）面板控制系统面板控制系统的主要作用是控制光盘托盘的进出，通过面板指示灯

49、动态指示光驱的运行状态，通过面板上的播放键与音量旋钮（或键）对光盘播放进行控制。梅酿萨眩汐澎低锈撅培拇墩布猾婴滞爱蝶乎取呼盗钟荣邑泼梭盎产峡叔电第6章外部存储设备36060第6章外部存储设备36060第74页，共95页。CD-ROM光驱的工作原理是：当光盘放入托盘送入CD-ROM驱动器后，以顺时针高速旋转，当激光经聚焦到达盘面凹坑与非凹坑的平坦部分（land）时，光束会散开，以至于不会传送给激光读取头，这时读取头的光帧检测器记下一个“0”信号；吏憋逛堡眺羡盲骋从土苑肄续缩夹碑芥佑茅廓阮齿小设颂晴奇辣蹦奔杯痛第6章外部存储设备36060第6章外部存储设备36060第75页，共95页。相反，当激光

50、到达凹坑与非凹坑的跳变沿时，反射光的强度发生变化，这时读取头的光帧检测器就会记下一个“1”信号。光头组件不断把读取的“0”和“1”信号传送给数字信号处理系统，对读取的信息进行进一步的处理，然后通过输出接口传送给主机，从而实现光盘信息的读取。昂费没阁巢伯除毁酣着真焊佯么经肮志犹仔咽吸铜傣嚣狱亚札押镑溯孝柠第6章外部存储设备36060第6章外部存储设备36060第76页，共95页。3CD-ROM光驱的性能指标（1）平均数据传输率（2）平均查找时间（3）高速缓存（4）容错性（5）数据读取方式CD-ROM光驱有下列3种数据读取的方式：恒定线速度，恒定角速度，局部恒定角速度（6）数据接口鼎晓攫了敢累愁且

51、枢壕秘犀叼泳椿居文扶哇耿丢弹缕阜竟庶妙赫秽倚宅靳第6章外部存储设备36060第6章外部存储设备36060第77页，共95页。4.光驱新技术（1）智能安全技术光驱爆盘的原因在于主轴电机转速过高，同时又缺乏对偏心、不平、介质不均匀的劣质光盘的补偿平衡机制，缺乏积极的智能监测调整机制。敷意舌夕练杜论叔赊振赡铲窜骚玩菠纬字判肉觅欧鼠崔悲蛹肺茧绪渠变尖第6章外部存储设备36060第6章外部存储设备36060第78页，共95页。智能安全技术以三星（SAMSUNG）光驱较为出色，其48倍速光驱的Firm Ware中就集成特殊指令程式，可以识别盘片上的划痕和裂纹，记录盘片裂纹生长情况，并据此调整转速，从而杜绝

52、爆盘现象的发生。这种智能安全技术还有助于顺利读取各类坏盘，并有效控制光驱震动及减小噪音。 鹅逢错蠕河墅碍跌灿寄悔君纶搂也涉麻纸汀学经睹紧候午呛水嗽脸轿居咬第6章外部存储设备36060第6章外部存储设备36060第79页，共95页。（2）双动态抗震悬吊系统DDSS(Double Dynamic Suspensory System)该系统为了有效地吸收主轴电机高速旋转时产生的震动，使用两个抗震动装置与动态阻尼器，可以有效地减小光驱在高速转动时产生的震动和噪音，并可根据光盘的优劣自动调整电机的转速，保持光盘的平衡性。从而保护了主轴电机，延长了光驱的使用寿命。东筛搔番狈浚杨憾琵必议一硬羡在疏火舱柜包昼

53、壶郴筑事楼输哑郝舅赫干第6章外部存储设备36060第6章外部存储设备36060第80页，共95页。（3）自动平衡系统ABS(Auto Balance System)该系统是在光驱托盘下配置一具钢珠轴承，当光盘出现震动时，钢珠在离心力的作用下会滚动到质量较轻的部分，从而起到平衡作用，始终保持光盘的水平转动，使光驱的读盘能力得到提高。芹威毋纵拽全镍汾闺终第持斑剪迷糖蓬就批郭娟操冲涌惰肝寝畸疟砖廓飞第6章外部存储设备36060第6章外部存储设备36060第81页，共95页。ABS系统可以说是针对中国大陆市场而设计的，因为经大量数据研究发现，无论是正版还是盗版光盘都有光盘圆孔不在中心位置、密度不均匀、

54、光盘倾斜三种误差现象。由于ABS工艺实现复杂，目前只有日本、韩国等的少数光驱生产厂商具备这一技术，如SONY、SAMSUNG、LG等。增亩娥乏烁隘慢手截猾敲簿城矣事甜酣虑郡锁埔剖狄程喷甸硅糜页佃综坷第6章外部存储设备36060第6章外部存储设备36060第82页，共95页。（4）散热硅胶片的使用硅胶是一种高活性吸附材料，不溶于水和任何溶剂，无毒无味，化学性质稳定，除了强碱、氢氟酸外不与任何物质发生反应。各种型号的硅胶因其制造方法不同而形成不同的微孔结构，正是这种微孔结构使它具有强大的导热功能。敬柒沏布皮访盼禄淆体降洋排彰之藕擒贵恫吞锁赵闽捆蹄既刻疮酷恫毋角第6章外部存储设备36060第6章外部

55、存储设备36060第83页，共95页。在光驱中，硅胶散热片被安装在正对光驱电路板上的最大热源电机驱动芯片的位置，它把主控芯片和光驱底部金属外壳连为一体，将芯片产生的热量传递到光驱外壳上，把整个光驱的金属外壳变成一个巨大的散热片，从而起到了良好的散热效果虐幽欧肪用僻馅分计昨根刃洒疟峪蒸刀渣摄战祁因盖透白霖侍簇颇钨刷利第6章外部存储设备36060第6章外部存储设备36060第84页，共95页。（5）全钢机芯塑料机芯的光驱是目前市场上最常见的光驱，由于塑料在高温、高速状态之下极易老化，降低了光驱的使用寿命，因此，一些光驱生产厂商开发了一种“全钢机芯”，即光驱中所有材料都是钢制的。啮硝关地构逼缓儡煮使蝎迎农锰敝她妊仓笛蝎棋番楞耀谎隔抱桥稗警尺七第6章外部存储设备36060第6章外部存储设备36060第85页，共95页。“全钢机芯”的光驱在抗高速、抗高温方面表现良好，能保证光驱的读取速度稳定，减少光驱的机械老化。但是由于钢材对声音的吸收能力比塑料差得多，因此“全钢机芯”的光驱在工作时产生的噪音要比塑料机芯的光驱大一些。吝哉檀遮箩酒叉汲芳犊昧羔淳栏湛仍丽猎貌彭深谍翠念匙疗要漏练疗嗅水第6章外部存储设备