第2章2.6外存儲(chǔ)器

2.6外存儲(chǔ)器2.6.1硬盤(pán)存儲(chǔ)器2.6.2U盤(pán)、存儲(chǔ)卡和固態(tài)硬盤(pán)2.6.3光盤(pán)存儲(chǔ)器PC機(jī)的外存儲(chǔ)器硬盤(pán)存儲(chǔ)器軟盤(pán)驅(qū)動(dòng)器光盤(pán)驅(qū)動(dòng)器2.6.1硬盤(pán)存儲(chǔ)器硬盤(pán)存儲(chǔ)器概述功用：長(zhǎng)期保存二進(jìn)制信息（非易失性存儲(chǔ)器）特點(diǎn)：可讀可寫(xiě)容量很大（當(dāng)前臺(tái)式PC：500GB~2000GB）可靠性高成本極低（當(dāng)前：1~2GB/元）技術(shù)發(fā)展很快，容量將更大，成本會(huì)更低磁盤(pán)存儲(chǔ)器的信息存儲(chǔ)原理(1)磁頭，用于寫(xiě)入和讀出信息“0”“1”盤(pán)片旋轉(zhuǎn)方向磁盤(pán)片磁性材料粒子的兩種不同磁化方向，分別表示記錄的是“0”還是“1”磁盤(pán)存儲(chǔ)器的信息記錄原理(2)寫(xiě)“1”寫(xiě)“0”電流方向磁頭盤(pán)片旋轉(zhuǎn)方向磁性材料粒子磁盤(pán)表面磁道扇區(qū)磁盤(pán)的磁道和扇區(qū)磁盤(pán)表面被分為許多同心圓，每個(gè)同心圓稱(chēng)為一個(gè)磁道。每個(gè)磁道都有一個(gè)編號(hào)，最外面的是0磁道每個(gè)磁道被劃分為若干段（段又叫扇區(qū)），每個(gè)扇區(qū)的存儲(chǔ)容量均為512字節(jié)。每個(gè)扇區(qū)都有一個(gè)編號(hào)注：所謂磁盤(pán)的格式化操作，就是在盤(pán)面上劃分磁道和扇區(qū)，并在扇區(qū)中填寫(xiě)扇區(qū)號(hào)等信息的過(guò)程硬盤(pán)存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)控制電路硬盤(pán)片接口柱面所有盤(pán)片上相同半徑處的所有磁道構(gòu)成一個(gè)“柱面”磁頭磁頭浮在高速旋轉(zhuǎn)的盤(pán)片上，它負(fù)責(zé)盤(pán)片上數(shù)據(jù)的寫(xiě)入或讀出移動(dòng)臂用來(lái)固定磁頭并可帶動(dòng)磁頭沿盤(pán)片徑向高速移動(dòng)，以便定位到指定的“柱面”主軸帶動(dòng)盤(pán)片高速旋轉(zhuǎn)信息的平均存取時(shí)間磁盤(pán)上的信息以扇區(qū)為單位進(jìn)行讀寫(xiě)，平均存取時(shí)間為：

T=尋道時(shí)間+旋轉(zhuǎn)等待時(shí)間+數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間尋道時(shí)間——磁頭尋找到指定磁道所需時(shí)間(大約5ms)旋轉(zhuǎn)等待時(shí)間——指定扇區(qū)旋轉(zhuǎn)到磁頭下方所需要的時(shí)間(大約4～6ms)(轉(zhuǎn)速：4200/5400/7200/10000rpm)數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間——(大約0.01ms/扇區(qū))磁頭磁道旋轉(zhuǎn)軸碟片硬盤(pán)存儲(chǔ)器的性能指標(biāo)（1）容量：以GB為單位，目前硬盤(pán)單碟容量約為幾百個(gè)GB（2）平均存取時(shí)間：在幾ms～幾十ms之間，由硬盤(pán)的旋轉(zhuǎn)速度、磁頭尋道時(shí)間和數(shù)據(jù)傳輸速率所決定（3）緩存容量：原則上越大越好，通常為幾MB～幾十MB（4）數(shù)據(jù)傳輸速率外部傳輸速率指主機(jī)從（向）硬盤(pán)緩存讀出（寫(xiě)入）數(shù)據(jù)的速度，與采用的接口類(lèi)型有關(guān)內(nèi)部傳輸速率指硬盤(pán)在盤(pán)片上讀寫(xiě)數(shù)據(jù)的速度，轉(zhuǎn)速越高內(nèi)部傳輸速率越快

（5）與主機(jī)的接口：以前使用：并行ATA（ATA）接口當(dāng)前流行：串行ATA（SATA）接口選講：

關(guān)于硬盤(pán)的SATA接口(1)前幾年P(guān)C大多使用并行ATA接口UltraATA100或UltraATA133接口，傳輸速率最高分別為100MB/s和133MB/s近幾年開(kāi)始大量采用SATA接口(150、300、600MB/s)串行傳輸方式，工作頻率高(1.5GHz-3GHz)低電平差分信號(hào)，內(nèi)嵌時(shí)鐘信號(hào)傳輸線(xiàn)長(zhǎng)度增加，插頭插座體積縮小選講：

關(guān)于硬盤(pán)的SATA接口(2)并行ATA接口的連接電纜SATA接口的連接電纜SATA接口電路功能SATA接口采用差分信號(hào)串行傳輸使用硬盤(pán)應(yīng)注意什么?正在對(duì)硬盤(pán)讀寫(xiě)時(shí)不能關(guān)掉電源保持使用環(huán)境的清潔衛(wèi)生，注意防塵；控制環(huán)境溫度，防止高溫、潮濕和磁場(chǎng)的影響防止硬盤(pán)受震動(dòng)，工作時(shí)不要移動(dòng)機(jī)器及時(shí)對(duì)硬盤(pán)內(nèi)容進(jìn)行整理，包括目錄的整理、文件的清理、磁盤(pán)碎片整理等防止計(jì)算機(jī)病毒對(duì)硬盤(pán)的破壞，對(duì)硬盤(pán)定期進(jìn)行病毒檢測(cè)移動(dòng)硬盤(pán)工作原理與固定硬盤(pán)相同存儲(chǔ)容量較大（30GB～160GB、320GB）采用USB或IEE1394接口，即插即用，支持熱插拔(必須先停止工作)小巧而便于攜帶速度快，安全可靠移動(dòng)硬盤(pán)2.6.2U盤(pán)、存儲(chǔ)卡

和固態(tài)硬盤(pán)優(yōu)盤(pán)采用NANDFlash存儲(chǔ)器（閃存）芯片，體積小，重量輕容量按需要而定（幾十MB～幾十GB），具有寫(xiě)保護(hù)功能數(shù)據(jù)保存安全可靠，使用壽命長(zhǎng)使用USB接口，即插即用，支持熱插拔(必須先停止工作)讀寫(xiě)速度比較快可以模擬光驅(qū)和硬盤(pán)啟動(dòng)操作系統(tǒng)存儲(chǔ)卡原理與U盤(pán)相同，也使用閃存芯片（flashmemory）做成長(zhǎng)方形或正方形的卡片狀，使用印刷插頭，不使用USB插頭使用讀卡器才能對(duì)存儲(chǔ)卡進(jìn)行讀寫(xiě)存儲(chǔ)卡的主要種類(lèi)：CF卡MMC卡SD/SDHC卡（包括MiniSD卡、MicroSD卡）MemoryStick卡(MS卡)用途：數(shù)碼相機(jī)、游戲機(jī)、手機(jī)、MP3播放器外置“多合一讀卡器”關(guān)于SD卡按尺寸大小分：SD卡MiniSD卡MicriSD卡（TF卡）按容量大小分：SD（8MB~2GB）SDHC（大于2GB~32GB）SDXC（大于32GB~2TB）按存取速度分（從快到慢）：UHS-I、UHS-IIClass10Class6Class4····固態(tài)硬盤(pán)（SSD）固態(tài)硬盤(pán)(SolidStateDisk、SolidStateDrive)是使用NAND型閃存做成的外存儲(chǔ)器用途：在便攜式計(jì)算機(jī)中代替?zhèn)鹘y(tǒng)的硬盤(pán)外形及與主機(jī)的接口和常規(guī)硬盤(pán)相同，如1.8英寸、2.5英寸或3.5英寸存儲(chǔ)容量：64GB～128GB或更大優(yōu)點(diǎn)：低功耗、無(wú)噪音、抗震動(dòng)、低熱量，讀寫(xiě)速度也快于傳統(tǒng)硬盤(pán)存在問(wèn)題：成本：高于常規(guī)的硬盤(pán)壽命：Flash存儲(chǔ)器都有一定的寫(xiě)入壽命、壽命到期后數(shù)據(jù)會(huì)讀不出來(lái)且難以修復(fù)平板電腦/智能手機(jī)的外存儲(chǔ)器多數(shù)平板電腦的外存儲(chǔ)器既不是硬盤(pán)也不是SSD：iPad是將NAND型Flash芯片直接焊接在主板上作為外存儲(chǔ)器，容量可以是16,32,64,或128GB；微軟公司的平板電腦Surface使用的是microSDXC存儲(chǔ)卡多數(shù)智能手機(jī)的外存儲(chǔ)器是microSD存儲(chǔ)卡2.6.3光盤(pán)存儲(chǔ)器光盤(pán)存儲(chǔ)器的發(fā)展分代年代名稱(chēng)激光類(lèi)型存儲(chǔ)容量第1代1982CD光盤(pán)存儲(chǔ)器紅外光650MB第2代1995DVD光盤(pán)存儲(chǔ)器紅光4.7GB第3代2006BD光盤(pán)存儲(chǔ)器藍(lán)光25GB（注：DVD和BD的容量均為單面單層的容量）選講：

光盤(pán)的信息記錄原理光盤(pán)上的螺旋形光道凹坑的邊緣用來(lái)表示“1”，而凹坑內(nèi)外的平坦部分表示“0”選講：

光盤(pán)驅(qū)動(dòng)器的工作原理

驅(qū)動(dòng)器由光頭、光頭驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、盤(pán)片驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、控制電路等組成激光器發(fā)出的激光經(jīng)過(guò)透鏡聚焦后到達(dá)光盤(pán)，從光盤(pán)上反射回來(lái)的激光束沿原來(lái)的光路返回，到達(dá)激光束分離器后反射到光電檢測(cè)器，由光電檢測(cè)器把光信號(hào)變成電信號(hào)，再經(jīng)過(guò)電子線(xiàn)路處理后還原成原來(lái)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)光頭為什么DVD容量比CD大得多？1)更小的凹點(diǎn)長(zhǎng)度(~2.08x),2)數(shù)據(jù)軌道間隔更緊密(~2.16x),3)采用較短波長(zhǎng)的635nm或650nm的紅色激光,使激光斑點(diǎn)直徑縮小,提高信息的鑒別能力.4)數(shù)據(jù)區(qū)域稍大一點(diǎn)(~1.02x),5)更有效的信道比特調(diào)制(~1.06x),6)更有效的糾錯(cuò)碼(~1.32x),7)較少的段開(kāi)銷(xiāo)(~1.06x).光盤(pán)驅(qū)動(dòng)器的類(lèi)型按信息讀寫(xiě)能力分只讀光驅(qū)可寫(xiě)光驅(qū)（光盤(pán)刻錄機(jī)）按可處理盤(pán)片類(lèi)型進(jìn)一步分成：CD只讀光驅(qū)CD刻錄機(jī)DVD只讀光驅(qū)DVD刻錄機(jī)DVD只讀/CD刻錄機(jī)組合而成的“康寶”BD（Blue-rayDisc）只讀光驅(qū)BD刻錄機(jī)（使用405nm藍(lán)色激光）25

GB/50

GB（使用650nm紅色激光）4.7

/8.5

/9.4/17GB（使用780nm紅外激光）0.7

GB光盤(pán)片的類(lèi)型按存儲(chǔ)容量與讀寫(xiě)特性分：CD盤(pán)片DVD盤(pán)片藍(lán)光盤(pán)片只讀盤(pán)片（CD-ROM）一次性可寫(xiě)盤(pán)片（CD-R）可擦寫(xiě)盤(pán)片（CD-RW）只讀盤(pán)片（DVD）一次性可寫(xiě)盤(pán)片（DVD-R,DVD+R）可擦寫(xiě)盤(pán)片（DVD-RW,DVD+RW

DVD-RAM

）只讀盤(pán)片（BD）一次性可寫(xiě)盤(pán)片（BD-R）可擦寫(xiě)盤(pán)片（BD-RE）藍(lán)光盤(pán)資料:DVD刻錄機(jī)和DVD光盤(pán)的容量DVD刻錄盤(pán)目前有2大類(lèi)、5種規(guī)格：一次性可寫(xiě)：DVD-R、DVD+R可擦寫(xiě)：DVD-RAM、DVD-RW、DVD+RWSuperMulti

DVD刻錄機(jī)能夠兼容上述大部或全部盤(pán)片DVD盤(pán)片的容量：DVD光盤(pán)類(lèi)型120mmDVD存儲(chǔ)容量(GB)80mmDVD存儲(chǔ)容量(GB)單面單層(SS/SL)

單面雙層(SS/DL)

雙面單層(DS/SL)

雙面雙層(DS/DL)

4.7(DVD-5)8.5(DVD-9)9.4(DVD-10)17(DVD-18)

1.46(DVD-1)2.66(DVD-2)2.92(DVD-3)5.32(DVD-4)資料:光盤(pán)驅(qū)動(dòng)器與盤(pán)片的兼容性PressedCDCD-RCD-RWPressedDVDDVD-RDVD+RDVD-RWDVD+RWDVD+RDLPressedBDBD-RBD-RECD-ROMdriveReadReadReadNoneNoneNoneNoneNoneNoneNoneNoneNoneCD-RWrecorderReadWriteWriteNoneNoneNoneNoneNoneNoneNoneNoneNoneDVD-ROMdriveReadReadReadReadReadReadReadReadReadNoneNoneNoneDVD-RWrecorderReadWriteWriteReadWriteReadWriteReadReadNoneNoneNoneDVD+RWrecorderReadWriteWriteReadReadWriteReadWriteReadNoneNoneNoneDVD±RWrecorderReadWriteWriteReadWriteWriteWriteWriteRead[5]NoneNoneNoneDVD±RW/