外部存储设备.ppt

1、计算机维护技术,主讲教师：何华平,系部：计算机科学系,第5章 外存储设备,学习目的及要求：,1、了解硬盘的工作原理和选用,2、掌握硬盘的性能指标和常见故障处理,3、了解光驱的工作原理、分类和选用,4、掌握光驱的性能指标和常见故障处理,5、了解其他的外存设备,课前阅读资料：外存储器的发展历程,硬盘的发展历程,1956年9月，第一块硬盘诞生。 1968年，“温彻斯特”技术诞生。 1979年，IBM发明薄膜磁头。 1991年，IBM生产3.5英寸的硬盘，硬盘的容量首次达到了1GB。 1999年，单碟容量高达10GB的ATA硬盘面世。 2000年，高速硬盘问世，新材质硬盘诞生。 2000年3月16日，

2、第一款“玻璃硬盘”问世。 2001年，新的磁头技术GMR 2002年，真正意义上的伟大技术革命IBM AFC技术诞生。,光驱存储设备的发展历程,1、1991年世界上第一个光驱和第一张光碟诞生 2、1993年，第二代MPC规格问世， 3、1995年夏，公布第三代规格标准， 4、1997年左右的时候，光驱已经开始普及了。 5、DVD及DVD光驱也就问世了。 6、1995年9月发起形成了DVD论坛。 7、2001年4月首次开发出可以兼容DVD-RAM和DVD-R(G)格式的驱动器，,课前阅读资料：外存储器的发展历程,5.1 硬 盘,硬盘的外部结构,控制 芯片,电容,硬盘数据线接口,硬盘 跳线,电源

3、接口,缓存,硬盘的外部结构,硬盘的内部结构,浮动磁头组件,磁头驱动机构,盘片,盘片主轴 驱动机构,前置读写控制电子线路,硬盘的内部结构,硬盘的逻辑结构,磁面（Side）：每个盘片都有上、下两个磁面，从上向下从“0”开始编号，0面、1面、2面、3面、,磁道（Track）：硬盘在格式化时盘片会被划成许多同心圆，这些同心圆轨迹就叫磁道。磁道从外向内从0开始顺次编号，0道、1道、2道、,柱面（Cylinder）：所有盘面上的同一编号的磁道构成一个圆柱，称之为柱面，每个柱面上从外向内以 “0”开始编号，0柱面、1柱面、2柱面、,扇区（Sector）：硬盘的盘片在存储数据时又被逻辑划分为许多扇形的区域，每

4、个区域叫作一个扇区。,硬盘容量=柱面数扇区数每扇区字节数磁头数,硬盘的工作原理,硬盘作为一种磁表面存储器，是在非磁性的合金材料（多为铝片）表面涂上一层很薄的磁性材料，再通过磁层的磁化来存储信息的。即硬盘是利用特定的磁粒子的极性来记录数据。磁头在读取数据时，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，写操作正好相反。,硬盘的分类(1),按尺寸分:,按接口分:,硬盘的分类(2),硬盘的技术指标,1、容量：容量是指硬盘的存储空间大小，常用GB（京字节）为单位。,2、转速：转速也就是指硬盘内部主轴马达的转动速度。台式机硬盘的转速主要有两种：10000

5、转和7200转,3、动作时间：所谓硬盘的动作时间，主要包括平均寻道时间、平均访问时间、道至道时间、最大寻道时间和平均等待时间等几种。,4、MTBF（连续无故障时间）：MTBF是指硬盘从开始运行到出现故障的最长时间，单位为小时。,5、数据传输率：硬盘数据传输率衡量的是硬盘读写数据的速度，分为外部数据传输率和内部数据传输率两种,一般用MB/s作为计算单位。,6、硬盘缓存：缓存是硬盘控制器上的一块存储芯片，为硬盘与外部总线交换数据提供场所。,硬盘接口方式及比较,IDE接口：IDE本意是指把“硬盘控制器”与“盘体”集成在一起的硬盘驱动器，也称之为电子集成驱动器。IDE接口的硬盘具有价格低廉、兼容性好、

6、性价比高的优点。,SATA 接口：SATA接口即串行ATA接口（Serial ATA），它一改以往IDE接口并行传输数据的方式，而采用连续串行的方式传送数据。 SATA接口相对于IDE接口起点更高，发展潜力更大。,SCSI接口：SCSI接口即Small Computer System Interface（小型计算机系统接口），它具有应用范围广、多任务、宽带宽、CPU占用率低以及支持热插拔等优点，但价格较高。,IEEE1394接口：IEEE1394的前身称之为了FireWire（火线）规范，它有两种版本，IEEE1394a和IEEE1394b，支持热插拔、驱动程序安装简易、数据传输速度快、具备通

7、用I/0连接头、点对点的通讯架构等特点，同时IEEE1394接口也具有使用费用昂贵的致命缺点。,USB接口：USB接口也叫通用串行总线接口，是目前应用最为普遍的设备接口，USB接口具有价格低廉、连接简单快捷、兼容性强、有很好的扩展性、支持即插即用、支持热插拔、支持高传输速率等诸多优点。,光纤通道（Fibre Channel）：光纤通道最长可达10公里，理论带宽可达1.06Gbps，实际带宽可达100Mbps，但价格非常昂贵，并且组建复杂。,硬盘接口方式及比较,IDE跳线设置,Master 表示主盘，是一个IDE通道上第一个被系统检测到的设备。Slave表示从盘，是一个IDE通道上第二个被系统检

8、测到的设备。Cable Select表示使用特殊的硬盘数据线连接主板,硬盘新技术,主轴电机技术。SG的FDB3使转速高达10000转,长寿命,低噪音,抗震。,ULTRADSP的应用。比一般CPU快1050倍，缩短平均寻道时间。,OAW（光学辅助温式）技术。突破传统超顺磁极限，提高记录密度。,湿盘（WETDISK）技术。磁头和盘片接触，提高灵敏度，增加记录密度；采用湿盘技术减小摩擦。,PRML读取通道技术：部分响应完全匹配。PRML技术简单地讲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”移交给第二段继续处理。第二段流水线将所

9、接收的信号与PRML芯片预置的信号模型进行对比，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,硬盘的选购,硬盘的转速,硬盘的容量,硬盘的接口类型,硬盘的缓存及寻道时间,厂商和售后服务。WD、MAXTOR、SG、FUJIST，一年、三年、五年。,流行硬盘介绍,5.2 软驱与软盘,5.2.1 软驱的结构与工作原理 软驱从外形尺寸上分有两种类型：一是5.25英寸软驱，现已淘汰；一是3.5英寸软驱，是现在软驱的主流尺寸。 软驱主要由控制电路板、马达、磁头定位器和磁头等几部分组成。 软驱的工作原理是：马达带动软盘的盘片转动（转速较慢，大约每分钟300转），磁头定位机构是一个很小的步进马达，

10、负责把磁头移动到正确的磁道上，由磁头完成读写操作。当软盘插入软驱时，它的读写孔被打开，磁头通过该读写孔与盘片接触（软驱磁头在进行读写操作时是接触盘片的）进行读写。,软盘的结构,其他几种新型的软驱介绍,ZIP驱动器又称海量存储器，是最早出现的大容量软盘驱动器，ZIP采用非接触式磁头设计读写速度更快，更稳定，且不易损坏。,MO(Magneto Optical)也简称光盘机，尺寸通常为5.25英寸，它是一种结合光学原理与磁场原理来存储数据的新式存储设备。,LS-120它采用了接触式磁头结构，内建了8KB缓存。可以读取现存的上亿张3.5英寸的传统软盘。LS-120的兼容性要好于ZIP和MO，但价格也较

11、高，一般用户无法承受。,5.3光存储设备,CD-ROM光盘,CD-ROM驱动器,5.3.1 CD-ROM驱动器,CD-ROM的结构(外部),CD-ROM驱动器内部组成包括三个部分CD-ROM光盘旋转装置（小型电机）、光头控制系统（包括激光发射器、检测器、反射棱镜、光头控制电路等）、信号处理电路。,CD-ROM的结构(内部),光盘的数据存储方式,CD-ROM光盘片是用特殊的透明塑料或有机玻璃制成，上面附着一层金属薄膜用来记录信息。光盘的数据存储是记录在数据轨道中的。数据轨道的形状为阿基米德螺旋线。当高能量激光光束照射到光盘表面时，会使照射处的金属膜熔化而形成一个凹坑(沟)，没有照射到的地方相对于

12、凹坑来说就是凸起(岸)。光盘表面金属膜的岸沟两种状态的交替变化就记录了二进制的“0”和“1”，由沟到岸或由岸到沟的跳变处记录数据“1”，沟内或岸上处记录数据“0”。光盘表面金属膜上的这种凹凸不平的小坑是一种不易改变的物理状态，它记录的信息是永久的，不能改变。,CD-ROM驱动器的性能指标(1),倍速与数据传输率：倍速是指光驱读盘的最大速度，用多少倍的方式来标称。,缓存大小：光驱内部带有缓存，安装于驱动器的电路板上，用于存储将要发送给计算机的数据。它实际上也是实现“预处理”操作的一种存储器，提前为下一步操作准备好数据，以提高光驱的读取速度。,平均查找时间：又叫平均访问时间或平均寻道时间，是指光驱

13、的激光头从原来的位置移动到指定将要读取的数据区后，开始读取数据到将数据传输至缓存所用的时间，单位为毫秒（ms）。,接口方式：CD-ROM驱动器的接口是驱动器与主机的连接口，是从驱动器到计算机的数据传输途径，不同的接口方式也会影响光驱的传输速度。,CPU占有率：也叫CPU占用时间，是指光驱在保持一定的转速和数据传输率时所占用CPU的时间。,CD-ROM驱动器的性能指标(2),5.3.2 DVD驱动器,DVD驱动器的分类,DVD盘片的物理结构,最小凹坑长度为0.83微米，道间距为1.6微米，采用波长为780纳米790纳米的红外激光器读取数据,最小凹坑长度为0.4微米，道间距为0.74微米，采用波长

14、为635纳米650纳米的红外激光器读取数据,按照单/双面和单/双层结构的组合，DVD盘片可以分为单面单层、单面双层、双面单层和双面双层四种物理结构。在外形尺寸上，DVD盘片也有两种尺寸，一是直径为12cm的盘片，一是直径为8cm的盘片,DVD盘片的物理结构,DVD驱动器的性能指标,速度:是指DVD驱动器的倍速，采取与CD-ROM驱动器倍速一样的标注方式，以多少倍来表示。DVD-ROM驱动器的1倍速约等于CD-ROM驱动器的9倍速。,光头:目前市场上DVD-ROM驱动器主要有两种光头，一为单激光头，一为双激光头。单激光头使用同一个光头读取数据。,平均读取时间:指DVD驱动器的激光头移动到指定数据

15、区后，开始读取数据到将数据传送到缓存所需的时间，单位毫秒。,缓存大小:与CD-ROM一样，DVD光驱内部也有缓存，用于“预处理”操作。缓存大小同样会影响DVD光驱的整体性能。,DVD驱动器的性能指标,兼容性:指DVD光驱对其他格式盘片的认可度。,区域代码:区域代码是为防止DVD盘片被盗版和翻版而采取的一项DVD技术生产的限制措施CSS（内容乱码系统）。区域代码采用分区制，将全球划分为六个区，不同区内的DVD驱动器只能读取本区内的DVD盘片。,DVD驱动器的性能指标,DVD可重复刻录格式,DVD-RW与DVD+RW的性能对比,5.3.3 CD-R/RW,写入16X,读48X,擦除48X,CD-R

16、/RW的结构与工作原理,CD-R光盘结构,CD-R工作原理为：利用大功率激光束的热效应使激光束焦点照射的盘区处产生不可逆变的物理化学变化，形成具有与CD-ROM光盘片凹坑（沟）相同光学反射特性的信息凹坑，凹坑与平面交错表示“0”和“1”。光驱读取这些平面和凹坑时自动将之转换为0和1。这种热效应产生的变化（凹坑变化）是一次性的，一旦形成凹坑就不能再恢复到原来的状态，所以CD-R只支持一次写入，不能重复写入。,CD-R光盘工作原理,CD-RW光盘结构,CD-R/RW的结构与工作原理,CD-RW的工作原理与CD-R的原理相类似，都是采用“相变”技术，即利用激光束的热效应使盘片发生变化。不同之处在于，

17、CD-RW进行了相位转换。CD-RW的盘片上镀的是特殊的相变材料，主要分为银、铟、硒和碲等稀有金属。有两种状态：结晶和非结晶，等同于CD-R盘片的平面和凹坑。,CD-RW光盘工作原理,CD-R/RW的性能指标(1),1、读写速度：CD-R/RW也有倍速之分。与CD-ROM不同的是，CD-R/RW有三个速度指标：刻录速度、读取速度和擦除速度（CD-R没有此项速度），刻录速度要慢一些。,2、接口方式：刻录机也有内置和外置之分别。内置的接口有SCSI接口和IDE接口两类，外置接口有SCSI接口、并口、PC卡接口、USB接口、1394接口等几种。,3、缓存容量：刻录数据时，仍是先把数据写入缓存，刻录软

18、件再从缓存区调用这些要刻录的数据。在记录的同时，后续数据再写入缓存中，以供下一步调用。对刻录机来说，缓存越大，刻录的成功率就越高。,4、兼容性：兼容性首先是对盘片的兼容，其次是刻录方式的兼容。,CD-R/RW的性能指标(2),5、价格与品牌：比较同档次的刻录机产品，选购知名品牌且价格较便宜的产品。,CD-R/RW的使用,1、Cdburn与Dvdburn软件：这是两款Windows Server 2003操作系统中自带的免费为管理员、开发者和高级用户设计的刻录软件。 2、Direct CD软件：这是一款美国Adaptec公司开发的刻录软件，主要功能是可以使用UDF技术将CD-R/RW的盘片当作硬

19、盘使用。 3、Easy CD Creator软件：这也是一款美国Adaptec公司开发的软件产品，它可以制作VCD、数据光盘、音乐光盘、插页和标签等五种类型的光盘，支持所有的刻录方式，并提供光盘对刻（CD Copy），制作开机引导光盘和多盘复制等刻录功能。 4、CD-Maker Pro软件：美国NTI公司开发的CD刻录软件，可以完成许多刻录工作，如刻录数据光盘、多段式光盘、音乐CD、多模式CD等，也支持光盘对刻。 5、Nero-Burning ROM软件：是德国AHEAD公司推出的刻录软件，也是目前深受许多用户青睐的刻录软件之一。,各类光盘比较,不要将不清洁的光盘放入光驱读写，否则会因为光盘上的灰尘等脏