第7章外部存储器

1、第7章 外部存储器,7.1 软驱 7.2 硬盘 7.3 光驱 7.4 光盘刻录机 7.5 USB移动存储 练习和思考题,7.1 软 驱,7.1.1 软盘驱动器的种类 15.25英寸高密软盘驱动器 5.25英寸高密软盘驱动器可以安装在286、386、486及Pentium等微机系统中。这种驱动器使用1.2 MB容量的软盘。但由于这种软盘体积较大，携带不方便，也不易于保管，所以5.25英寸高密软盘驱动器已被3.5英寸高密软盘驱动器取代。,23.5英寸软盘驱动器 这种软驱的体积较小，使用3.5英寸软盘，该软盘的另一个特点是它的盘片被硬塑料保护起来，所以磁盘便于携带和保管，这种软驱出现后很快就取代了5

2、.25英寸的软盘驱动器，这种软驱所用的软盘有720 KB、1.44 MB、2.88 MB三种容量，一般都采用1.44 MB的软盘及其驱动器(如图7-1所示)，1.44 MB的软驱是近7、8年计算机的标准配置。,3. ZIP软盘驱动器 由于常用的软盘容量太小，很难实现对一些稍大的文件的备份、转移等工作，于是一些厂家就开发了大容量的软盘及其驱动器，ZIP驱动器就是其中的一种。ZIP驱动器是美国IOMEGA公司研制生产的一种大容量磁盘驱动器，每张磁盘的存储容量可达100 MB。作为新一代可交换存储设备，ZIP驱动器适用于数据的存档、转移和共享。,图7-1 3.5英寸软驱,ZIP驱动器控制接口分为ID

3、E、SCSI和并行口三种。IDE接口的内置ZIP驱动器最便宜，但市场上较为少见；并行接口和SCSI接口的ZIP驱动器稍贵一些。内置ZIP驱动器与普通的3.5英寸软驱大小相仿；外置ZIP驱动器比普通3.5英寸软驱稍大一些，它所使用的ZIP盘片和1.44 MB软磁盘大小相当，但要厚一些，其抗震动和抗冲击的性能较好。 ZIP软盘上的程序一般并不能直接执行，需要先把它传递到硬盘上再执行。使用ZIP驱动器的目的主要是对文件进行存档、转移和共享。,7.1.2 软盘驱动器的构成 1. 盘片驱动系统 它由驱动盘片的电机(一个12 V的直流伺服电机)、主轴及稳速电路组成，负责以规定的300 r/min恒速旋转并

4、带动盘片旋转。,2. 磁头驱动系统 它由磁头步进电机和定位电路组成。由步进电机带动磁头小车沿磁盘半径方向作径向直线运动。根据从适配器接口送来的控制信号脉冲，驱动步进电机使磁头定位到需要寻址的磁道和扇区上。 3. 磁头及数据读/写电路系统 磁头采用电磁转换装置，读/写抹磁头作为一个整体被安装在一起，上、下两个磁头共用一套读/写电路，以完成数据的读出和写入，即负责按写入的数据驱动磁头或将磁头读出的信号转换为二进制数据。,4. 状态检测系统 它由四个检测装置构成，以检测软驱所处的状态及磁头当前所处的位置。 (1) 磁道检测装置。它采用光电传感器检测磁头起始磁道00的位置，当磁头回到00磁道位置时，应

5、检测到“00磁道”信号。 (2) 索引孔检测装置。它用于检测磁头位置，由发光二极管和光敏元件组成一个光电耦合器，当盘片上的索引孔通过光耦位置时，就发出相应的脉冲信号。,(3) 写保护检测装置。一般采用光电传感器进行检测、检查盘片的写保护情况。当盘片处于写保护状态时，就输出写保护信号，此时只能读出盘上的数据而不能向盘片写入数据。 (4) 盘片更换检测装置。它由光电传感器组成，用于对软盘是否发生更换进行检测。,5. 整机控制系统 该系统负责控制软盘驱动器各个部分的协调工作。,7.1.3 软盘驱动器的工作原理 驱动器的工作过程：当软盘插入驱动器后，即启动软盘驱动器。此时，主轴部件带动盘片旋转，使转速

6、达到额定值(普通软盘驱动器为300600 r/min，ZIP软盘驱动器高达2945 r/min)，随即启动磁头驱动与定位装置，使磁头移动并将其前隙定位在00磁道上，驱动器进入准备状态。当控制器接到主机命令后，由控制器上的微处理器对命令进行解释、译码，产生各种控制信号，如发出步进脉冲、磁头运行方向信号、读/写选通信号等。,驱动器完成读/写操作的具体步骤如下 ： 实现寻找磁道的操作，使磁头定位在目标磁道(即此次命令指定的磁道)上。寻道前，磁头目前所在的磁道地址已存放在道号寄存器中，目标磁道号也已打入暂存器内。通过比较两者求出磁头需要移动的磁道数和移动方向。由此给出驱动步进电机的步进脉冲与方向信号，

7、完成磁头寻道与定位的工作。 检测索引、扇区标志，即确定在磁道上的哪个扇区进行读/写数据。 发出读/写命令及传送相应的数据，实现数据的读/写操作。要求在读/写前软盘已按规定的格式进行了初始化。因此在读/写数据之前必须先检测到扇区地址标志(AMI)，读取扇区地址(CHRN)和检验码(CRC)，经核对无误后才能进行读/写操作。,驱动器具体的读/写过程如下： 写操作过程：先对从计算机输入磁盘驱动器的数字信号进行相应编码，如采用调频制编码、改进调频制编码等，以提高信号的编码效率、同步能力等编码性能。然后用这种码字去调制流经磁头线圈的写电流。写入线圈分两个半支，当正半支有电流时，磁头前极面上的窄缝隙处(1

8、 m以下，简称前隙)产生磁场，磁化磁盘表面的一小段磁层材料。当切换到另一半支(负半支)通电流时，磁场方向反转，被磁化的一小段磁层材料的磁化方向便与紧接着的前一段磁层材料的极性相反。这样，便好像沿磁道串接了许多磁场反向的小磁棒。两个磁棒的相同极性的一端对接处有一过渡区，它代表着记录了一位数据“1”。有反转，便有过渡区；有过渡区，便写入了一个“1”。在一位的间隔内若无磁化反转，便代表此位为“0”。,读出过程：当排列成磁道的一连串磁化反转经过磁头的前隙时，每经过一次反转，由于极性改变，按电磁感应原理，便感应出一个脉冲波形，即读出了一个“1”。反之，若在一位的间隔内无脉冲，便认为读出了“0”。,7.1

9、.4 软盘驱动器的主要技术参数 衡量软盘驱动器性能的主要技术指标包括以下几方面。 1. 道-道访问时间 它是指磁头从一个磁道移动到相邻磁道上所需的时间。 2. 平均访问时间 它是指读/写数据的平均时间。平均访问时间与最大磁道数、道-道访问时间、寻道安顿时间有关。平均访问时间越小，读/写数据的速度就越快。,3. 寻道安顿时间 它是指从其它磁道移动到待读/写磁道上后，磁头稳定可以读/写数据的时间。当磁头刚移动到待读/写的磁道上时，磁头并不能立即处于稳定状态，而是处于抖动状态，需要经历一段时间后才稳定，这一段时间称为寻道安顿时间。该时间当然是越短越好。 4. 道密度和位密度 位密度是每英寸比特数(B

10、PI)，即每英寸可以存放的二进制位数，它是沿磁道方向计算的。道密度是每英寸磁道数(TPI)，它是沿磁盘的径向计算的。这两个数值越大，磁盘的容量就越大。,5. 出错率 引起磁盘读/写出错的原因很多，如电子噪声、外界电磁干扰等软出错。软出错可以通过多次重复操作克服。一般磁盘驱动器的软出错率为109。在实际操作中有时会遇到软出错，例如读取某一文件时有时失败，再次读/写时又成功，这种错误就是软出错。还有一种硬出错是由于硬件不良造成的错误。硬出错不能通过重复操作予以消除。磁盘的硬出错率很低，小于1012。在实际操作中遇到硬出错的情况不多。,7.2 硬 盘,在最初的个人计算机IBM PC上没有硬盘，IBM

11、 PC/XT上增加了10 MB的硬盘。由于硬盘具有可以反复读/写、容量大、可靠性高、读/写速度快等优点，所以成为计算机上不可缺少的配置，现在PC机如果没有硬盘真是不可想象。硬盘的发展也非常迅速，从容量上看，目前PC机上主流硬盘已超过80 GB，不到30年增加了2000多倍，远比软盘的发展速度快得多。当然硬盘的发展不仅体现在容量上，在传输速度及其它各方面，也都有长足的进步。硬盘也有其不足之处：不能受到震动和冲击，携带不方便。,硬盘有两种接口：一种是价格比较便宜、适宜家庭使用的IDE接口的硬盘，其传输速度相对较慢；另一种是价格较贵、但传输速度很高的SCSI硬盘，它适宜作为服务器的硬盘。硬盘的外形如

12、图7-2所示。,图7-2 硬盘,7.2.1 硬盘的结构与硬盘的工作原理 硬盘被密封在金属的腔体内，除了已完全损坏的硬盘才打开它之外，不要轻易打开硬盘。因为打开硬盘会使灰尘进入，使硬盘报废。因而人们很少能见到硬盘内部的情况。 硬盘内部有多个刚性磁盘片，它们都同轴地排列在一根主轴上，当计算机开机后，主轴电机就一直带动盘片高速旋转(这一点与软驱不同，软驱是只有在读/写操作时，盘片驱动电机才带动盘片转动起来)，对应着多个盘片也有多个磁头，它们可以由磁头驱动、定位机构带动统一地沿磁盘作径向运动，但不能各自独立运动。为避免磨损，磁头与盘片并不接触，而是利用磁头的悬浮力，保持0.10.3 m的间隔距离。,硬

13、盘的结构如图7-3所示。与软盘一样，硬盘的盘片分成磁道和扇区，但又增加了“柱面”的概念。由于硬盘由多个盘片构成，因此各个盘片上半径相同的所有磁道处于同一个圆柱面上，这就是硬盘的“柱面”概念。引入柱面的目的是在硬盘读/写过程中，减少磁头的移动次数，即在硬盘系统记录信息时，当某盘片的一个磁道上记录满了，不是立即移动磁头到下一个磁道，把后面的信息记录到该磁盘的相邻磁道上，而是不移动磁头，把后面的信息记录到同一柱面的其它磁道上。只有当一个柱面完全写满后，才需要移动磁头，把后面的信息记录到其它柱面上，这样显然可以大大地减少磁头移动的次数。,图7-3 硬盘结构图,1. 容量 这是硬盘最重要的技术指标。随着

14、技术的发展，用于表示硬盘容量的单位由MB(兆字节)变成了GB(吉字节)，目前PC机上主流硬盘的容量已超过80 GB。自Windows操作系统出现后，使用的磁盘文件较大，同时在多媒体技术应用中，需要处理各种声音、图像、视频等信息，这都需要占用大量的磁盘空间。我们知道硬盘的容量与其价格之比并不是一个常数，而是容量越大，单位字节的价格越低，所以建议在购买硬盘的时候，在经济能力允许的情况下，尽可能地选用较大容量的硬盘。,2. 外部数据传输速率 硬盘数据传输速率的英文拼写为Data Transfer Rate，简称DTR。硬盘数据传输速率表现出硬盘工作时数据的传输速度，是硬盘工作性能的具体表现，它并不是

15、一成不变的，而是随着工作的具体情况而发生变化，如读取硬盘的不同磁道、不同扇区的数据，数据的存放是否连续等因素都会影响到硬盘的数据传输速率。因为这个数据的不确定性，所以厂商在标示硬盘参数时，常采用外部数据传输速率(External Transfer Rate)和内部数据传输速率(Internal Transfer Rate)这两个指标。,外部数据传输速率，一般也称为突发数据传输或接口传输速率，是指硬盘缓存和微机系统之间的数据传输速率，也就是计算机通过硬盘接口从缓存中将数据读出交给相应的控制器的速率。平常硬盘所采用的ATA66、ATA100、ATA133等接口，就是以硬盘的理论最大外部数据传输速率

16、来表示的。ATA100中的100就代表着这块硬盘的外部数据传输速率理论最大值是100 MB/s；ATA133则代表外部数据传输速率理论最大值是133 MB/s；而SATA接口的硬盘外部理论数据最大传输速率可达150 MB/s。这些只是硬盘理论上最大的外部数据传输速率，在实际的日常工作中是无法达到这个数值的。,3. 内部数据传输速率 内部数据传输速率(Internal Transfer Rate)是指硬盘磁头与缓存之间的数据传输速率，简单地说就是硬盘将数据从盘片上读取出来，然后存储在缓存内的速度。内部传输速率可以明确表现出硬盘的读写速度，它的高低才是评价一个硬盘整体性能的决定性因素，它是衡量硬盘

17、性能的真正标准。有效地提高硬盘的内部传输速率才能对磁盘子系统的性能有最直接、最明显的提升。内部数据传输速率低已经成为硬盘性能的最大瓶颈。目前主流的家用级硬盘，其内部数据传输速率基本还停留在60 MB/s左右，而且在连续工作时，这个数据会降得更低。,数据传输速率的单位一般采用MB/s或Mb/s，尤其在内部数据传输速率上官方数据中更多地采用Mb/s为单位。此处有必要讲解一下这两个单位间的差异。MB/s的含义是兆字节每秒，Mb/s的含义是兆比特每秒，前者是指每秒传输的字节数量，后者是指每秒传输的比特位数。MB/s中的B字母是Byte的含义，虽然与Mb/s中的bit翻译一样，都是比特，也都是数据量度单

18、位，但二者是完全不同的。Byte是字节数，bit是位数，在计算机中每八位为一字节，也就是1 Byte8 bit，是18的对应关系。因此1 MB/s等于8 Mb/s。因此在书写单位时一定要注意B字母的大小写，尤其有些人还把Mb/s写为Mbit/s，此时B字母的大小写真可以称为失之毫厘，谬以千里。,上面这是一般情况下MB/s与Mb/s的对应关系，但在硬盘的数据传输速率上二者就不能用一般的MB和Mb的换算关系(1 B=8 bit)来进行换算。比如某款产品官方标称的内部数据传输速率为683 Mb/s，此时不能简单地认为683除以8得到85.375，就认为85 MB/s是该硬盘的内部数据传输速率。因为在

19、683 Mbit中还包含有许多bit(位)的辅助信息，不完全是硬盘传输的数据，简单地用8来换算，将无法得到真实的内部数据传输速率的数值。,4. 硬盘高速缓存 与主机的高速缓存相似，硬盘也通过将数据暂存在一个比其磁盘速度快得多的缓冲区中来提高速度，这个缓冲区就是硬盘的高速缓存。硬盘上的高速缓存可以大幅度提高硬盘存取速度，这是由于目前硬盘上的所有读/写动作几乎都是机械式的，真正完成一个读取动作大约需要10 ms以上，而在高速缓存中的读取动作是电子式的，同样完成一个读取动作只需要大约50 ns。由此可见，高速缓存对大幅度提高硬盘的速度具有相当重要的意义。高速缓存当然是越大越好，以前如果大于512 K

20、B，则会使成本过高，但现在常用硬盘的高速缓存容量都超过了512 KB，有的硬盘的高速缓存甚至达到8 MB。,5. 平均寻道时间 平均寻道时间(Average Seek Time)是指从计算机发出一个寻址命令后，到相应目标数据被找到所需要的时间。它反映了硬盘磁头的移动定位速度，直接影响着硬盘的访问速度，因此通常用平均寻道时间来描述硬盘读取数据的能力。平均寻道时间越小，硬盘的运行速度也就越快。一般硬盘的平均寻道时间在7.514 ms。平均寻道时间通常取最大寻道时间与最小寻道时间之和的1/3为宜。,6. 硬盘主轴转速 在理论上，较高的硬盘转速可缩短硬盘的平均寻道时间和实际的读写时间，从而提高硬盘的运

21、行速度。但是基于对散热、数据存取稳定度等因素的考虑，一般硬盘的主轴转速为36007200 r/min。对IDE接口的硬盘，其转速已从5400 r/min转向7200 r/min。,7. 单碟容量 硬盘中的存储盘片一般有多片。每张盘片的存储密度越高，达到相同容量所用的盘片数就越少，系统的可靠性也就越高。同时，高密度盘片可使硬盘在读取相同的数据量时，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。目前较出色的硬盘其单片容量可以在2 GB以上。,8. 接口 目前的硬盘接口多采用IDE接口，这是使用了美国国家标准协会(ATA)所指定的标准，所以也称IDE/ATA接口。其最初的数据传

22、输速率为4.1 MB/s，随后又出现了ATA-2、ATAPI、Fast-ATA(数据传输速率为1113.3 MB/s)、Fast-ATA-2(数据传输速率为16.6 MB/s)、Ultra DMA/33(数据传输速率为33.3 MB/s)、Ultra DMA/66(数据传输速率为66.6 MB/s)。IDE接口硬盘的优点在于其价格便宜且易于安装。,Ultra DMA/66不仅提高了数据传输速率，而且进一步加强了CRC循环检验技术；同时它还使用了独特的数据传输线，提高了数据传输的完整性(使用80芯的电缆，但与传统接口相兼容的引脚仍为40根，另外40根引脚作为地线)。 还有一种更为先进的接口，即S

23、CSI接口。这种接口的硬盘多用于部分高档计算机和高档服务器。它能将外设独立于主机，大大提高了同一种设备间的互换能力，更有利于即插即用功能的实现，并可实现多设备连接或将多个驱动器连到一台工作站上。目前它使用的数据标准是Ultra 320，它是SCSI接口技术的最新成果，传输速率高达320 MB/s。,9. 磁头数、柱面数和每道扇区数 硬盘的磁头数与硬盘体内的盘片数目有关，由于每一个盘片均有两个磁记录面，每个记录面都应有一个磁头，因此，磁头数一般为盘片数的两倍。每面的磁道数及每磁道所含的扇区数与硬盘的种类及容量有关。 硬盘通常由重叠的一组盘片构成，每个盘面都被划分为数目相等的磁道，并从外道的“0”

24、开始编号。具有相同编号的磁道形成一个圆柱即硬盘的柱面。硬盘的柱面数与一个盘面上的磁道数是相等的。属于同一柱面的全部磁道同时在各自的磁头下通过，这意味着只需指定磁头、柱面和扇区，就能写入或读出指定位置的数据。,7.2.3 硬盘发展动态 1. GMR巨磁阻磁头技术 一般硬盘中使用的磁头是MR磁头，利用这种磁头材料在不同的磁场下，其电阻值会发生变化的原理来读取磁盘上的信息。GMR巨磁阻磁头正是利用了这一原理，但GMR巨磁阻磁头的磁阻效应更加明显，在相同的磁场变化下，能引起更大的电阻变化。这样就可以提高存储密度，实现在同样的磁盘下存储更多的信息。,2. 超级数字信号处理器的应用 采用超级数字信号处理器

25、即专门的DSP处理器为硬盘服务。DSP处理器是专用于数学运算的，把它引入到硬盘中可以大大减少平均寻道时间，还可以减少其它电子元件的使用，可以大幅度地提高硬盘的可靠性。,3. 新的硬盘保护技术 新的硬盘保护技术包括昆腾公司的SPS震动保护系统和DPS数据保护系统、迈拓公司的ShockBlock防震技术和MaxSafe数据保护技术等。 这些防震技术或措施都可以使硬盘在受到外部碰撞时，使冲击能量尽可能地被硬盘的其它部分吸收，从而减少碰头和盘片受到的冲击，最大限度地避免了在运输、安装和使用过程中因震动对硬盘所造成的损坏。,由于硬盘中的数据价值远远高于硬盘本身，所以数据的保护是硬盘保护的重点。在DPS系

26、统中它可以快速地检测硬盘的每一个扇区，并在硬盘的300 MB空间里定位存放操作系统和应用系统的重要部分。当系统无法自举后，可以用DPS的软盘启动系统，再通过DPS自动检测并分析故障原因，尽可能保证数据不被丢失。,4. IEEE 1394规范接口 IEEE 1394又称为Firewire(火线)或P1394，是一种高速串行总线，目前该标准最大可支持400 MB/s的传输速率，将来还可望进一步提高。 IEEE 1394接口有两个优点：一是极高的数据传输速率；二是它是一个标准化的接口，不仅使硬盘生产厂家能进行标准化设计，还可以支持其它设备，另外它还支持热插拔。可以预期，随着IEEE 1394技术的不

27、断成熟，必将会有更多的硬盘和其它设备采用IEEE 1394接口。,7.2.4 怎样选购硬盘 1. 转速 影响硬盘性能很重要的指标就是硬盘自身的传输速度。其实这方面的相关速度指标并不少。例如，平均搜寻时间(Average Seek Time，即磁头移动到数据所在磁道需要的时间)、平均存取时间(Average Access Time，即读取扇区、数据所花的时间)等，但其中最重要的两个因素就是转速与单盘容量两项。高转速意味着硬盘的平均寻道时间短，能够迅速找到需要的磁道和扇区，上述的平均搜寻时间、平均存取时间自然就会提升不少。目前市场上7200RPM(r/min)的硬盘产品已成为台式硬盘的主流，况且目

28、前7200RPM转速的硬盘在稳定性、发热量以及噪音等方面都已经非常成熟，以往的种种缺点都已得到改进。,2. 单盘容量 单盘容量是仅次于硬盘转速的重要因素。如果单盘上的容量越大就表示扇区间的密度越密，加上硬盘在写入数据到磁道时是以连续的方式写入的，所以如果能将所写入的数据都集中于单盘上，自然就能提升读取数据硬盘持续数据的传输速度了，这就是为何目前单盘容量为80 GB的5400RPM硬盘会比某些早期7200RPM的60 GB性能还好。目前市面上的硬盘主流已经过渡到单盘80 GB，而且目前希捷公司已推出了单盘容量为100 GB的硬盘产品。在选购大容量硬盘时，最好留意一下这个指标，因为在硬盘转速相同的

29、情况下，单盘容量大的比单盘容量小的硬盘在相同的时间内可以读取更多的文件，硬盘的传输速率也会加快。,3. 缓存 硬盘缓存就像一个临时的仓库一样，当硬盘在正常工作时会将磁信号、电信号转换后，填满缓冲区、清空缓冲区，不断地循环，按照主板上的PCI总线周期将数据传送出去，因此理论上缓冲区越大越好。目前市场上大致可分为2 MB、4 MB、8 MB的缓存，大多以2 MB、4 MB为主流，如WD的硬盘即有不少是提供8MB的缓存，目前希捷、Maxtor也纷纷推出了8 MB缓存的产品。目前同容量的8 MB与2 MB缓存的硬盘之间的差价在150元左右，如果是普通用户，建议购买2 MB的产品。因为虽然8 MB缓存可

30、以提高一些IDE硬盘的性能，但由于IDE硬盘的先天不足，所以其性能提升并不是很明显，在一般应用上与缓存为2 MB的硬盘相差无几，还不如将这份差价花在购置内存、CPU、显卡上，那样得到的性能提升会更加明显。,4. 容量 对一般用户而言，40 GB的硬盘容量已足够。如果不是超级游戏迷、超级电影迷、超级音乐迷、下载发烧友的话，40 GB硬盘足够用了。如果是上述类型中的一种，最好选择80 GB或者120 GB的。目前40 GB和80 GB的差价在100元左右，80 GB和120 GB的差价在200元左右。目前160 GB以上的产品，性价比相对较低，暂不建议一般用户选购。,5. 接口 硬盘的接口主要分为

31、IDE和SCSI两大类。SCSI硬盘的速度快、容量大，使用也稳定，是硬盘技术的排头兵，但其价格太贵，主要用于较专业的场合。而IDE硬盘虽然说在技术水准上和SCSI硬盘有一定的差距，但其正在迎头赶上，现如今的IDE硬盘同样具有转速快、容量大的特点，而且价格便宜，是家用场合的首选。,6. 售后服务 现在的硬盘保修原则是，如果不是人为地损坏硬盘，而是硬盘自身的故障，那么可以享受到的服务是：1年包换，2年保修，3年质保。而国内在这方面做得最好的就属迈拓公司。迈拓系列硬盘在全国有联保服务，其服务中心基本上已经覆盖到全国各个省、市、自治区范围，并且在当地购买的迈拓硬盘，包装盒上就贴有当地代理商的商标并在盒

32、子内有全国联保卡，盒子的外部还有该系列硬盘的独立序列号以防水货。,7. 利用硬盘诊断程序测试 仅从硬盘本身所标明的性能指标有时还难以真正区分硬盘的优劣，尤其是购买已使用过的二手硬盘时，必须利用相应的硬盘诊断程序进行实际测试才能确定硬盘的优劣。 有关硬盘的检测程序较多，Window系统就自带有基本的硬盘检测功能，但由希捷公司开发的SeaTools Desktop硬盘诊断软件性能较好。虽然SeaTools Desktop软件最初主要是为希捷硬盘量身定制的，但也支持绝大多数的ATA和SCSI台式机硬盘，能在几分钟内诊断出硬盘的健康状况，而无须太多的专业知识。在诊断完成后，还可以显示出真正问题的所在。

33、在选购硬盘时，SeaTools Desktop可以将存在问题的硬盘“拒之门外”。,SeaTools Desktop在对硬盘进行诊断测试时，分为三个阶段：第一个阶段是“Short Dst In Progress”，主要指进行硬盘的自我检测；第二个阶段是“PIO/DMA Data Compare”，指PIO/DMA数据对比警告，主要用于检测因为数据线及连接不良引起的数据传输错误，此时，可能硬盘本身并没有质量问题；第三个阶段是“Full Scan”，将对硬盘进行全面扫描，能够发现存在的坏扇区，这一过程需花费较长时间。 当检测完成后，SeaTools Desktop会打开“Results”面板，给出详

34、细的检测报告，还可以将报告单独保存在文件中。,7.3 光 驱,光盘驱动器简称光驱，又叫CD-ROM驱动器，如图7-4所示。,图7-4 CD-ROM驱动器,7.3.1 光驱的工作原理 1. 光盘盘片 CD-ROM光盘是从CD唱盘发展而来的，所以它在很多方面都与CD唱盘一致或近似。标准的CD-ROM盘直径为120 mm，中心孔径为15 mm，厚度为1.2 mm，盘片由透明衬底、铝反射层和漆保护层共三层构成。透明衬底的一面是光盘的反面，激光就是从这一面入射进来，在保护层上有用于存储信息的凹坑，其深度约0.12 m，宽度约0.50.6 m。这些凹坑也组成类似于磁道的光道(见图7-5)，它与磁道的区别在

35、于：光道不是若干个同心圆，而是一条不闭合的螺旋线，而且其密度非常大，相邻光道之间的中心距只有1.6 m，相当于160 000 TPI(道数每英寸)。,图7-5 光盘的光道,2. 通道码 光道上的凹坑用于存放二进制信息，但并不是有凹坑的地方就表示“1”，没有凹坑的地方就表示“0”(或相反)。它是采用凹坑的边缘表示“1”，非凹坑边缘的地方表示“0”。 为使数据便于在光盘这种介质上存储，采用了EFM调制编码，即将一个字节的8位二进制数变成14位的通道码，这种通道码保证了每两个“1”之间至少有两个“0”，最多不超过10个“0”(即满足游离长度的要求)。当把每一个字节都变成通道码后，它们各自都能满足游离

36、长度的要求了，但合并后相邻处还不一定能满足游离长度的要求，所以在通道码之间又加了三位同步位，于是一个字节的数据就变成了17位通道码。在每一个帧的最开头还有24位的同步码，它本身就是通道码，满足游离长度的要求，而且任何数据经EFM调制后，都不可能与同步码相同。,3. 扇区的数据结构 与磁道相仿，光道也被划分成扇区，扇区又被划分成帧，每帧由24个字节组成，一个扇区由98个帧共2352个字节组成。在头一个帧(帧0)中首先是12个字节的同步头，以后是4个字节的首标，其中3个字节用于表示扇区的地址；与磁盘上的扇区地址不同，光盘扇区的地址是用时间来表示的(这是从CD光盘上沿用的)；另一个字节表示扇区的方式

37、。共有三种扇区方式：方式0用于组织光道信息的匹配，它不向用户开放；方式1用于用户存放计算机程序等对错误敏感的数据；方式2用于用户存放对错误不敏感的数据，如图像、声音等。,在帧0后面的部分和帧1帧97用于存放用户的数据字节和校验字节。在扇区方式2中是从扇区的第16字节开始到扇区的结束共2336字节，可用于存放用户的数据，它的误码率小于109。而在方式2中要保证误码率小于1012，用户的数据是从扇区的第16字节开始到扇区的第2063字节，以后的部分用于错误的校验。,4. CD-ROM驱动器 CD-ROM驱动器因生产厂家的不同而有所区别，但是基本结构都类似，如图7-6所示。,图7-6 CD-ROM光

38、驱的结构框图,在光驱中光头是最为关键的部件，其结构如图7-7所示。它由砷化镓半导体激光器产生激光束，先通过一个光栅板，得到一条很亮的主光线和第一级辅助光线、第二级辅助光线、。激光通过光栅衍射后，再经过一个准直透镜，变成平行光，再通过一个偏振光分离器，这时激光束是水平方向的偏振光，通过物镜聚焦后照射到光盘上。反射的光信号再沿原路返回，由于在光路上有1/4波片，光束两次通过它变成了垂直方向的偏振光，被偏振光分离器反射到会聚透镜后传给光电二极管。,图7-7 光头的结构,7.3.2 光驱的分类 1. 根据传输速率分类 早期的CD-ROM光驱与CD唱机相仿，每秒可以传送75个扇区的数据，每个扇区有2 K

39、B的数据，所以就是每秒向主机传送150 KB，这就是单速光驱的传输速率，以后传送速度越来越快，达到单速光驱传输速率的若干倍，于是根据CD-ROM驱动器传输数据的速度，可以将其分为单速、双速、4速、6速、8速、16速、24速、32速驱动器，即1X、2X、4X、6X、8X、16X、24X、32X等。,2. 根据光驱的安放位置分类 根据光驱的安放位置可将光驱分为内置式和外置式两种。 1) 内置式光驱 它的大小与5.25英寸软盘驱动器相近，安装在机箱的驱动器槽中，所以不占用桌面空间。,2) 外置式光驱 这种光驱被单独放在机箱外边，通过专门的连线与机箱内的CD-ROM控制卡相连。外置式驱动器比内置式驱动

40、器的价格要贵些，并且需要专门的电源线，所以外置式CD-ROM驱动器只用在特殊的场合。,3. 根据接口来划分 1) 专用接口的CD-ROM 早先的光驱使用专用接口的CD-ROM接口，采用各CD-ROM驱动器生产厂商提供的专用接口卡，如Sony、Panasonic、Mitsumi。专用接口的光驱现已很少。 2) SCSI接口的CD-ROM 如果已经有了支持SCSI硬盘的主板或SCSI硬盘控制卡，则可以购买SCSI CD-ROM驱动器，这样可以不用另外购买控制卡。,3) IDE接口的CD-ROM 目前CD-ROM一般使用IDE(或EIDE)控制卡，因为其价格较便宜、安装过程较简单，而且目前大多数微机

41、系统的硬盘接口为EIDE或IDE，不需额外增加SCSI接口卡。IDE接口CD-ROM驱动器的速率与SCSI差不多。如果不特别声明，CD-ROM均指IDE接口的 CD-ROM。 4) USB接口的CD-ROM USB接口的光驱是近年来新发展起来的，由于USB接口可以支持低速、中速、高速的不同设备，像CD-ROM这样的传输速率完全可以满足。另外，它还可以支持即插即用和热插拔功能，而且近年来发展很快。,7.3.3 光驱的常用技术参数 1. 平均数据传输速率 单速光驱每秒可以传送75个扇区的数据。每个扇区有2 KB的数据，其数据平均传输速率为150 KB/s。传送速度提高后，可达到单速光驱传输速率的若

42、干倍，形成倍速光驱，如4倍速光驱、8倍速光驱、16倍速光驱、24倍速光驱、32倍速光驱、40倍速光驱等。,2. 数据缓冲区 从光盘上读出的数据并不是每读出一个字节就向主机传送一个字节，像磁盘一样，光驱上也配有缓冲区，先把数据从光盘读入缓冲区，当数据把缓冲区放满后，再迅速把数据传入主机。显然缓冲区越大需要的传送次数就越少，当然这也将带来价格的增加。现在一般CD-ROM驱动器的缓冲区可以达到1 MB。,3. 突发数据传输速率 与光驱的数据缓冲区相对应的一项技术参数是突发数据传输速率。CPU与CD-ROM驱动器内数据缓冲存储器之间的数据传输速率称为突发数据传输速率，这一数据传输速率比平均数据传输速率

43、高很多。因此，突发数据传输速率也称为最大数据传输速率。 4. 平均存取时间 平均存取时间这一参数与磁盘驱动器中的平均寻道时间相类似，指CPU向CD-ROM驱动器发出读数据指令到CD-ROM驱动器找到盘片相应点上的数据所需的时间。该参数显然是越小越好。,5. 速度 由于光盘在光驱马达的带动下高速旋转，光驱中的激光读取头在光盘表面横向移动，读取存储在光盘数据轨道上的数据。马达带动光盘旋转通常采用两种方式：一种是改变光盘转速；另一种是改变传输速率。不论采用哪种设计方法，都有优、缺点。如果采用改变光驱转速的设计方法，在读取数据的速度上不可能达到真正的高速运行；而采用改变传输速率的设计方法，虽然可以得到

44、最高速度，但无法取得始终如一的速度。,1) 恒定线速度CLV 光盘在光驱内旋转是一种圆周运动，光盘上的数据轨道与半径有关，即在光驱的转速保持恒定时，光盘最内圈轨迹上的数据要比光盘最外圈轨道上的数据移动得慢，而读取外圈轨道上的数据要比内圈快得多。这样一来，很难做到数据传输速率的统一。 恒定线速度(Constant Linear Velocity)是在读取光头所在的位置，自动调整光驱的转速，使所有的数据可在光驱相同的速率下读出。目前大部分光驱都采用CLV技术。,2) 恒定角速度CAV 恒定线速度技术的缺点是要不停地改变光驱的转速，导致读取光头必须等待光驱的变速响应，这样便延迟了时间。所以采用CLV

45、技术不能真正快速进行数据传输。 恒定角速度(Constant Angular Velocity)是让数据传输速率发生变化，而保持固定的光驱旋转速度。但这种技术不能实现全程一致的数据传输速率。 需要注意的是，某些光驱的面板上注明“MAX”，它是把光驱读取头读取光盘外圈轨道数据的速率作为其光驱速度，这就是在某些光驱的面板上看到注明“MAX”的原因，所以它与恒定线速度的同倍速的光驱是有很大差别的。,7.3.4 DVD驱动器 1. DVD的特点 与现有CD/VCD相比，DVD光盘具有如下特点： 更大的存储容量，至少是CD-ROM盘的7倍，最多可以达到CD-ROM盘的26倍； 每一张盘上可放置多个节目；

46、 多声轨(可放置多种语言)； 多种文字字幕；, 锁定控制； 角度观赏选择； 版权保护； 提供43或169的高品质视频图像，并能配以多通道伴音。要实现这些功能，必须将所有数据按一定的格式存放在DVD盘上，DVD播放机才能读出这些数据，从而播放出高品质的画面和优美动听的音乐。,2. DVD盘的物理结构 DVD盘与CD/VCD盘一样，其直径也是120 mm，厚度为1.2 mm。但是DVD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。CD-ROM能容纳650 MB的用户数据，而单面单层DVD盘的容量为4.7 GB(约为CD-ROM容量的7倍)，双面双层DVD盘的容量则高达17 GB(约为

47、CD-ROM容量的26倍)。,单面DVD盘可能有一个或两个记录层。与CD一样，激光器从盘的下面读取单面盘上的数据。 双面DVD盘上的数据分别存放在盘的上、下两面。可采用以下两种方法读取双面盘上的数据： 当播放完盘上第一面的节目后，将盘从播放机中取出，翻面后再放入播放机中继续播放第二面上的节目。 在播放机中装有两个读激光器，分别从盘的上、下两面读取数据，或者在播放机中只装一个读激光器，但在读完盘的第一面后可以自动地跳到盘的另一面继续播放。,无论是单层盘还是双层盘都由两片基底组成，每片基底的厚度均为0.6 mm，因此DVD盘的厚度为1.2 mm。对于单面盘而言，只有下层基底包含数据，上层基底没有数

48、据；而双面盘的上、下两层基底上均有数据。,7.4 光 盘 刻 录 机,7.4.1 CD-R光盘的结构 CD-R光盘的结构如图7-8所示，它与CD盘类似。两者的差别表现为以下几个方面： 与CD-ROM光盘相比，在CD-R光盘上有一层作为记录层的有机染料层。当激光束聚焦照射在记录层上后，染料被加热后熔解掉，形成代表记录的凹坑。这些凹坑的记录组织形式与CD-ROM相类似，只不过CD-ROM盘是用注塑的方法压模而成的。, CD-R光盘上预先刻有宽度为0.6 m、深度为0.1 m的U型槽，称为预刻槽。这些预刻槽用于刻录时对光道的定位控制。显然CR-ROM光盘是不需要预刻槽的。 在CD-ROM光盘上使用铝

49、作为反射层，而在CD-R光盘上，使用金作为反射层，其反射率约为70%，所以一般CD-R光盘都呈现金黄色。,图7-8 CD-R光盘的结构,7.4.2 光盘刻录机的结构与工作原理 光盘刻录机的模块结构如图7-9所示。,图7-9 CD-R光驱的结构框图,CD-R光盘驱动器与计算机主机通过接口电路相连，为了减轻主机的负担，CD-R光盘驱动器都包含了数据缓冲存储器。当向CD-R光驱中刻录(写入)数据时，CD-R光盘驱动器把来自计算机主机的逻辑数据转换成CD-ROM的格式。在转换过程中，CD-R光盘驱动器会自动加上同步信号、EDC和ECC校验码、执行变频、CIRC处理及EFM变换，然后把上述经过复杂变换后

50、的数据用高功率的半导体激光器与聚焦伺服和光道跟踪伺服系统相结合，即可完成数据的刻录工作。,图7-10 CD-R驱动器的光头结构,在CD-R光盘驱动器进行刻录时，其光头的工作与CD-ROM驱动器的光头进行读出时有一些差别：由于CD-ROM驱动器只进行读操作，所以它输出的半导体激光是恒定的小功率激光。而在CD-R光盘驱动器中，其半导体激光器输出的激光功率在写入信息时受到信号的调制，是不断变化的，即在需要形成凹坑的地方，输出的激光功率要加大；在不需要形成凹坑的地方，输出的激光功率只需要满足光道跟踪要求的小功率的激光就可以了。 由于以上的原因，CD-R光盘驱动器的光头与CD-ROM驱动器的光头相比，要

51、复杂一些，如图7-10所示。,7.4.3 光盘刻录机的使用 1. 光盘刻录机的安装 光盘刻录机的接口形式一般有三种：IDE接口、SCSI接口和USB接口。现以Sony公司生产的型号为CDU928E的光盘刻录机(见图7-11)为例，进行简单说明。,图7-11 CD-R驱动器,其主要安装步骤如下： 在计算机系统中通常都将硬盘作为启动盘，一般不使用光驱作为启动盘，而多数主板上有两个IDE接口，即IDE1和IDE2，每个接口可以接两个IDE设备，其中IDE1接口上的主盘是启动盘。因此，如果使用一条40芯的数据线来连接硬盘和CD-R光驱，则需要将CD-R光驱设置为副盘，而将硬盘设置为主盘，也就是把CD-

52、R光驱背后的跳线帽接到“SLAVE”处，而硬盘背后的跳线帽接到“MASTER”处；如果使用两条40芯的数据线连接硬盘和CD-R光驱，则可以把硬盘和光驱都设置为主盘。, 选择计算机的一个托架，装入CD-R光驱，并用螺钉加以固定。 连接CD-R光驱的数据线。如果使用一条40芯的数据线连接硬盘和CD-R光驱，则数据线的一端接IDE1接口，另一端的两个插头分别接硬盘和光驱；如果使用两条40芯的数据线连接硬盘和CD-R光驱，要把硬盘的数据线接到主板的IDE1接口上，CD-R数据线接到IDE2接口上。, 连接音频线和CD-R的电源线。把音频线的一端接到CD-R光驱背后的音频输出接口(AUDIO OUT)上

53、，另一端接到声卡上；使用由5 V、12 V和地线组成的4芯电源线连接CD-R光驱。 硬件安装完毕后，进行软件安装。在Windows系统中，首先要把它作为CD-ROM驱动器，安装相应的驱动程序。如果要进行刻录，还需要安装相应的CD-R刻录程序。,2. 光盘刻录机的使用 光盘刻录机的使用与一般的CD-ROM驱动器差不多。进行光盘的读/写操作时，必须把光盘放入刻录盘的扁平盒子中(读CD-ROM盘时也要把光盘放入刻录机的扁平盒子中)，然后把盒子与光盘一道推入光盘刻录机中，以后的操作与一般的CD-ROM驱动器相同，只是增加了写入(刻录)功能。在进行刻录的过程中，它的速度比光盘的读操作要慢，一般只有8倍速

54、、12倍速、24倍速等。,7.4.4 COMBO光驱 COMBO光驱指既可以读取CD-ROM光盘的数据，还可以读取DVD盘的组合光盘驱动器。COMBO光驱的接口形式一般有IDE接口、USB接口、SCSI接口等类型。以下以三星公司生产的型号为SM-348的COMBO光驱(如图7-12所示)为例，进行简单说明，它是采用IDE接口的COMBO光驱。,图7-12 COMBO光驱,1. COMBO光驱的安装 IDE接口的COMBO光驱的硬件连接方法与IDE接口的硬盘、CD-ROM光驱的连接方法基本相同。其主要安装步骤如下： 如果使用一条40芯的数据线连接硬盘和COMBO光驱，则需要将COMBO光驱设置为

55、副盘，将硬盘设置为主盘，也就是把COMBO光驱背后的跳线帽接到“SLAVE”处，而硬盘背后的跳线帽接到“MASTER”处；如果使用两条40芯的数据线连接硬盘和COMBO光驱，则可以把硬盘和光驱都设置为主盘。, 选择计算机的一个托架，装入COMBO光驱，并用螺钉加以固定。 连接COMBO光驱的数据线。如果使用一条40芯的数据线连接硬盘和COMBO光驱，数据线的一端接IDE1接口，另一端的两个插头分别接硬盘和光驱；如果使用两条40芯的数据线连接硬盘和COMBO光驱，要把硬盘的数据线接到主板的IDE1接口上，COMBOR数据线接到主板的IDE2接口上。, 连接音频线和COMBO的电源线。把音频线的一

56、端接到COMBO光驱背后的音频输出接口(AUDIO OUT)上，另一端接到声卡上；使用由5 V、12 V和地线组成的4芯电源线连接COMBO光驱。 硬件安装完毕后，进行软件安装。,2. COMBO的使用 COMBO的使用与一般的CD-ROM驱动器类似，只是COMBO不仅可以读CD-ROM盘，还可以对DVD盘的数据进行读取，但必须把光盘放入COMBO光驱的扁平盒子中(读DVD盘时也要把光盘放入COMBO光驱的扁平盒子中)，然后把盒子与光盘一道推入COMBO光驱中，以后的操作与一般的CD-ROM驱动器相同。,7.5 USB移动存储,7.5.1 USB闪存 USB是英文Universal Seria

57、l Bus的缩写，中文含义是“通用串行总线”，它是一种应用在PC领域的新型接口技术。早在1995年，就已经有PC机带有USB接口了，但由于缺乏软件及硬件设备的支持，这些PC机的USB接口都闲置未用。1998年后，随着微软在Windows 98中内置了对USB接口的支持模块，加上USB设备的日渐增多，USB接口才逐步走进了实用阶段。,图7-13 USB闪存,USB设备之所以会被大量应用，主要是由于USB设备具有以下优点： 可以实现热插拔。这就让用户在使用外接设备时，不需要重复关机，而是直接在PC开机状态下，就可以将USB电缆插上使用。 携带方便。USB设备大多以“小、轻、薄”见长，对用户来说，同样是20 G的硬盘，USB硬盘的重量就要比IDE的硬盘轻一半，在想要随身携带大量数据时，USB硬盘当然就是首选了。, 标准统一。IDE接口的硬盘，串口的鼠标、键盘，并口的打印机、扫描仪是大家常见的，可是在推出USB之后，这些外部设备统统可以用同样的标准与PC连接，相应出现了USB硬盘、USB鼠标、USB打印机等。 可以连接多个设备。USB在PC机上往往具有多个接口，可以同时连接多个设备，如果接上一个有4个端口的USB Hu