计算机外部存储设备详解共22页

第四章 外部存储设备
概 述 软盘驱动器 硬盘驱动器 光存储器 USB存储设备及其他
第一节 概 述
存储器旳度量单位 外存分类 磁统计原理 光统计原理
一、存储器旳度量单位
位bit（用b表达）是二进制数旳最基本单位， 也是存储器存储信息旳最小单位，8位二进 制数称为一种字节Byte（用B表达）。微机 中一般以字节为存储器旳计量单位，其中 1024B＝1KB、1024KB＝1MB、 1024MB=1GB、1024GB=1TB等
硬盘发烧量旳大小，对于硬盘使用寿命也 会有一定影响，一般电子元件在到达限定 温度后就会产生不良旳影响，出现不稳定 情况。
五、IDE硬盘旳连接与设置
IDE硬盘旳连接 IDE硬盘旳设置
1．IDE硬盘旳连接
硬盘旳安装环节 ： （1）取下机箱中旳驱动器挡板。 （2）从机箱内向外将硬盘放入硬盘托架中 （3）拧上螺丝。 （4）连接数据线。 （5）连接电源线。
四、光统计原理
第二节 软盘驱动器
一、软驱旳安装
硬件安装 CMOS设定
1．硬件安装
硬件安装旳详细环节如下： （1）取下机箱中旳驱动器挡板。 （2）将软驱放在机箱内旳软驱托架中。注
意软驱旳槽口与机箱面板旳槽口相相应。 （3）拧上螺丝，三个以上螺丝即可固定一
种软驱。 （4）连接数据线 （5）连接好电源线。
三、硬盘旳工作参数
硬盘旳工作参数涉及：柱面数（Cylinders）、 磁头数（Heads）、扇区数（Sectors）、写 预补偿（Write Pre Comp）、磁头停靠区 （Land Zone）、间隔因子（Interleave）和 控制模式（Mode）。
1．柱面数及磁头数
硬盘旳扇区、磁道、柱面示意图
2．扇区数

5英寸软盘容量为：2×80×15×512=1228800B≈1.2MB
6、寻址时间：磁头从启动位置到达读写位置所经历
的全部时间，包括寻道时间和平均等待时间(磁盘 旋转半周所需时间)。3寸软驱寻址时间约为144ms。 7、数据传输速率：指磁头在磁盘上找到相应的地址 后，每秒读写的字节数。可通过下述方法计算： 传输速率=每磁道上全部字节数/旋转一周时间 传输速率=每扇区字节数×扇区数/旋转一周时间 5寸盘数据传输速率约为45KB/S，3寸盘约为54KB/S
三、硬盘区域的划分
格式化后的硬盘，由格式化软件把硬盘划分为四 个区域：即主引导记录区、DOS引导记录区、文件分配 表和文件目录区，其中： 主引导记录区位于0柱面0磁头1扇区，存放硬盘的 主引导程序和硬盘分区表；DOS引导记录区位于0柱面1 磁头1扇区，存放DOS的引导程序和硬盘格式化后的若 干重要参数以及文件分配表和文件目录的存放位置。 病毒感染破坏了这两个区域数据，计算机即瘫痪。 其他两个区域存放的都是有关文件的重要数据。 计算机中，一个物理的硬盘驱动器可以经格式化 划分为多个逻辑驱动器，使计算机可以有C、D、E、F 等多个逻辑硬盘，方便使用和文件管理。但多个逻辑 硬盘中，只有C盘能够启动计算机操作系统。
硬盘驱动器1
系统 总线 EIDE接口 硬盘驱动器 硬盘驱动器2 光盘驱动器
6.4 磁盘阵列存储器
1、什么是磁盘阵列？将多个独立的磁盘组成一个独立 的逻辑盘，通过数据在多个物理盘上的分割交叉存储 和并行访问得到较高的逻辑性能。 2、磁盘阵列存储器的特点 – 小盘径磁盘驱动器阵列比单一的大型驱动器成本 低、功耗低、误码率低，可靠性高且能连续工作； – 由于采用数据分块和交叉存储技术，磁盘阵列具 有高传输速率和I/O吞吐率，可实现数据并行处理； – 磁盘阵列具有海量存储能力，1024GB已属平常； – 访问负载均匀分布在所有磁盘，延长磁盘使用期； – 阵列的控制、数据的分块和拼接、磁盘阵列的并 行调度等阵列控制功能全部固化在阵列控制卡上。

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第7章 外部存储设备
7.2.4 DVD刻录机
DVD刻录机和普通的CD刻录机类似，可 以在一些特殊的光盘中写入数据。当前的 DVD刻录机可以向下兼容刻录CD格式的光盘。 刻录机的刻录规格可以分为两种：即CD刻录 规格和DVD刻录规格。
DVD刻录规格并没有建立起统一的标准， 当前主要有3种不同的刻录规格，即DVDRAM、DVD-RW和DVD+RW，这3种规格互 不兼容。当前市场中的主流DVD刻录机都同 16 时支持这3种规格的刻录技术。
DVD光驱是用来读取DVD光盘的设备， 可以向下兼容读取CD光盘。
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第7章 外部存储设备
7.2.３ DVD光驱
因为DVD可以向下兼容读取CD光盘，所 以DVD的指标中含有CD读取速度、CD平均寻 道时间、缓存等性能指标，这些指标可以参考 前面讲解的CD光驱指标，这里不再重述。 （1）DVD读取速度 注：DVD光驱的倍速不等同于CD光驱的倍速。 DVD光驱的1倍速约等于CD光驱倍速的9倍。 （2）DVD平均寻道时间
高于可写光盘的价格。
第7章 外部存储设备
7.2.2 CD刻录机
CD刻录机因为具有读取CD光盘的能力， 所以刻录机读取CD光盘的性能指标与CD光 驱的性能指标一致。但CD刻录机又多出了刻 录部分的性能指标。多出部分的性能指标如 下： （1）CD刻录速度 （2）CD覆写速度 （3）可支持盘片的标准
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第7章 外部存储设备
2.2 修 改 文 本
DVD刻录机可以兼容读取CVD刻录
机的性能指标中含有读取CD和DVD光盘
的性能指标，还有刻录CD光盘的性能指
标，这些性能指标可以参照前面讲解的
CD光驱、CD刻录机和DVD光驱的相关性
能指标，这里不再重述。这里仅讲解

• （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 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。
• 目前硬盘Cache的容量为2～16MB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DiamondMax 11 6H500F0硬盘都使用了16MB的Cache。
• 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。
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。
• 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。

定义：利用激光束在光盘上存储信息的一种外部存储设备
分类：CD、DVD等
工作原理：通过激光束照射光盘表面，使光盘表面发生物理变化，从而记录信息
特点：存储容量大、读写速度快、携带方便等
计算机外部存储设备的性能指标与选购建议
容量：衡量存储设备存储能力的重要指标，通常以GB、TB为单位
读写速度：衡量存储设备读写速度的重要指标，通常以MB/s、GB/s为单位
与其他存储设备的比较：相比于传统的直接连接存储（DAS）和SAN存储设备，NAS设备具有更好的灵活性和可扩展性，同时可以提供更好的数据共享和访问体验。
定义：网络存储设备（NAS）是一种专为网络环境设计的存储设备，可以与计算机通过网络进行连接，实现数据的共享和访问。
特点：NAS设备通常具有高性能、高可靠性、高扩展性等特点，可以满足不同规模网络环境下的数据存储需求。
行业发展趋势：随着技术的不断进步，计算机外部存储设备将朝着更快、更稳定、更安全的方向发展
面临的挑战：随着数据量的不断增加，如何提高存储设备的容量和性能，同时降低成本，是行业面临的重要挑战
技术创新：未来，计算机外部存储设备将不断采用新的技术，如人工智能、大数据等，提高存储效率和管理能力
市场需求：随着人们对数据安全和隐私保护的重视，计算机外部存储设备将更加注重安全性和可靠性，以满足市场需求
分类：根据存储容量的不同，计算机外部存储设备可分为小容量和大容量两种。
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数据存储：计算机外部存储设备可以存储大量的数据，包括文档、图片、音频、视频等。
数据备份：外部存储设备可以备份计算机内部存储设备中的数据，以防止数据丢失或损坏。
数据共享：通过外部存储设备，用户可以将数据共享给其他人或计算机，方便协同工作。

数据传输率(DTR，Data Transfer Rate)。数据传输率的单位为MB/s(兆字节每秒，又称MBPS)或Mbits/s(兆位每秒，又称Mb/s)。DTR分为最大(Maximum)与持续(Sustained)两个指标，根据数据交接方的不同又分为外部数据传输率与内部数据传输率。内部DTR是指磁头与缓冲区之间的数据传输率，外部DTR是指缓冲区与主机(即内存)之间的数据传输率。外部DTR的上限取决于硬盘的接口，目前流行的Ultra ATA-100接口即代表外部DTR的最高理论值可达100 MB/s。持续DTR则要看内部持续DTR的水平。内部DTR则是硬盘的真正数据传输能力，为充分发挥内部DTR，外部DTR理论值都会比内部DTR高，但内部DTR决定了外部DTR的实际表现。由于磁盘中最外圈的磁道最长，可以让磁头在单位时间内比内圈的磁道划过更多的扇区，因此磁头在最外圈时内部DTR最大，在最内圈时内部DTR最小。
5.1.3 软盘的结构及技术指标
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结构 软盘的结构如图5-4所示。
02
图5-4 软盘的外观
塑料外壳：耐冲击，抗弯曲，起保护盘片的作用。
盘片：磁盘的核心，是记录数据的载体。
金属环：起定位作用。
快门：当磁盘插入软驱时，快门自动打开，露出读写窗口以便磁头读写；当磁盘从软驱中取出时，在快门弹簧的作用下快门关闭，可对磁盘起防尘、防触的保护作用。
IDE接口：硬盘IDE接口是和主板IDE接口进行数据交换的通道，如图5-12所示。通常所说的UDMA/33模式就是指缓存和主板IDE接口之间的数据传输率(也就是外部数据传输率)为33.3 MB/s，目前的接口规范已经从UDMA/33发展到UDMA/66和UDMA/100。但是，由于内部传输率的限制，实际上外部传输率达不到理论上的那么高。

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硬盘系统
1973年IBM终于推出了使用温彻斯特技术的第一块 硬盘，型号为3340，它采用14英寸的规格，由两个 分离的盘片构成(一个固定的和一个可移动的)，每张 盘片容量为30MB。并且硬盘首次使用了封闭的内部 环境，并进一步发展了气动学磁头技术，将磁头与 盘片之间的距离缩短到了17微英寸。
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硬盘系统
硬盘的分类
根据接口技术的不同来划分的，我们可以 把硬盘分为
IDE硬盘 高端的SCSI硬盘 更为先进的Serial ATA硬盘
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硬盘系统
硬盘的结构
1. 内部结构 硬盘内部包括浮动磁 头组件、磁头驱动机 构、盘体及主轴驱动 机构、前置读写控制 电路和接口电路等。 封装在硬盘的净化腔 体内。
柱面(Cylinder)：各个盘面上同一编号磁道的组合。
外圈磁道 中圈 磁道 内圈 磁道
单个 扇区
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硬盘系统
3. 记录格式 每一扇区除存放512字节的用户数据外，
还存放着用于同步、数据定位、数据校验等 作用的辅助数据，这些数据一般只作用于硬 盘内部。
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硬盘系统
4 . 硬盘的基本工作原理 初始化：加电正常工作后，利用控制电路中的单片机初始化模
块进行初始化工作，此时磁头置于盘片中心。 启动：主轴电动机将启动并以高速旋转，装载磁头的悬臂机构
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。 读/写：当接口电路接收到微机系统传来的指令信号后，通过 前置放大控制电路，驱动音圈电动机发出磁信号，根据感应 阻值变化的磁头对盘片数据信息进行正确定位，并将接收后 的数据信息解码，通过放大控制电路传输到接口电路，反馈 给主机系统完成指令操作。 断电：硬盘断电时，在力矩反弹的作用下，浮动磁头驻留到盘 面中心。

2.硬盘的结构
1）硬盘的外部结构 下图分别是IDE接口和SATA接口硬盘的外部结构。它们均由电源 接口、数据接口、控制电路板、固定盖板和安装螺孔组成。
IDE接口硬盘的外部结构
SATA接口硬盘的外部结构 目录 上一页 下一页
2）硬盘的内部结构 除去驱动器的壳盖后，硬盘内部结构就显露出来了，硬盘的内 部结构一般由控制电路板（如图所示）、控制电路、钢性磁盘片、 永磁铁、音圈马达和磁头组成（如图所示）。
4）光驱的选购 用户要考虑的是用途、读写速度，以及质量和售后服务。
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1.3 闪存
闪存（flash memory）是一种使用寿命长的非易失性（在断电情 况下仍能保持所存储的数据信息）存储器，闪存是电子可擦除只读存 储器（EEPROM）的变种。由于其断电时仍能保存数据，闪存通常被用 来保存设置信息，如保存计算机的BIOS、PDA以及数码相机中资料等。 另一方面，闪存不像RAM那样以字节为单位改写数据，因此不能取代 RAM。闪存主要分为U盘和闪存卡。
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3）光驱的工作原理 光驱是一个结合光学、机械及电子技术的产品。在光学和电子结合方 面，激光光源来自于一个激光二极管，它可以产生波长约0.54-0.68微米 的光束，经过处理后光束更集中且能精确控制，光束首先打在光盘上，再 由光盘反射回来，经过光检测器捕获信号。光盘上有凹点和空白两种状态， 它们的反射信号相反，很容易经过光检测器识别。检测器所得到的信息只 是光盘上凹凸点的排列方式，驱动器中有专门的部件将信息转换并进行校 验，变成计算机可识别的数据。光盘在光驱中高速的转动，激光头在司服 电机的控制下前后移动读取数据。
光盘驱动器就是我们平常所说的光驱，即读取光盘信息的设 备。衡量光驱的最基本指标是数据传输率，即常说的倍速，单倍 速（1X）光驱是指每秒钟光驱的读取速率为150KB，同理，双倍速 （2X）就是指每秒读取速率为300KB，现在市面上的CD-ROM光驱一 般都在48X、50X以上。高倍速换来了更大的数据传输速速率，但 却使得数据的准确性大为降低，而且造成光驱寿命缩短，增加了 用户的投资。

由于硬盘内保存的数据相当重要，因此硬 盘的售后服务也就显得特别重要了。目前 硬盘的质保期多在2～3年，有些甚至长达 5年，另外有些硬盘公司甚至提供了数据 恢复业务。
计算机组装与维修技术
2．主流硬盘品牌
目前硬盘品牌主要有Seagate（希捷）、 Maxtor（迈拓）、SAMSUNG（三星）和 Western Digital（西部数据，简称西数）、 IBM、日立等，下面将对这些品牌硬盘进 行简单介绍。
12cm 8cm
4.7GB 1.4GB
9.4GB 2.9GB
8.5GB 2.6GB 计算机组装与维修技术
17GB 5.3GB
什么是COMBO?
COMBO在英文里的意思是“结合物”，而康宝 （COMBO）驱动器就是把CD—RW刻录机和 DVD光驱结合在一起的“复合型一体化”驱动 器。简单的说，COMBO就是集CD—ROM、 DVD—ROM、CD-RW三位一体的一种光存储设 备，最初他是被用在高端的笔记本电脑上的， 由于具有三重本领，所以迅速就在高端的笔记 本电脑里普及开来，这就是最初的康宝原形。 COMBO(康宝)的倡导者—三星
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5.1.4 硬盘的性能参数
单碟容量：一张盘片具有正、反两个存储面， 单碟容量：一张盘片具有正、反两个存储面， 两个存储面的存储容量之和就是硬盘的单碟容 硬盘的单碟容量取决于盘片的平滑程度、 量。硬盘的单碟容量取决于盘片的平滑程度、 盘片表面磁性物质质量和磁头类型， 盘片表面磁性物质质量和磁头类型，一般情况 下盘片表面越光滑， 下盘片表面越光滑，表面磁性物质的质量就越 磁头技术就越先进，单碟容量就越大。 好，磁头技术就越先进，单碟容量就越大。
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2）接口
购买硬盘时必须考虑主板上为硬盘提供了 何种接口，否则购买回来的硬盘可能会由 于主板不支持该接口而不能使用。

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工作原理如下图5-6所示：
图5-6 光驱的工作原理
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3、CD-ROM驱动器的技术规格： (1)数据传输率：是指从光驱中读取的数据量与所需时间的比值，单位 KB/s，是光驱最基本的性能指标。如单倍速光驱传输率为150KB/S ,目前
主流是52倍速光驱的数据传输率达到了7800KB/S。 (2)平均存取时间：是指从CPU向光驱发出数据读取指令到光驱寻找到光 盘上数据所在位置所需要的时间，一般的CD-ROM其平均存取时间在 150ms以下。 (3)数据缓冲区：是光驱内部的存储区，能减少读盘次数，提高数据传输 率。目前CD-ROM一般集成有256KB或512KB的缓存。 (4)容错能力：光驱在读取数据时根据数据类型自动调整读取速度，以达 到容错纠错的目的。 4、光驱的选购： ➢ 接口类型：目前主要是IDE接口 ➢ 数据传输率：目前主要是52倍速 ➢ 数据缓冲区的大小： 目前主要是256KB或512KB的缓存 ➢ 兼容性和价格：选择兼容性好的光驱
先检查光驱的电源线和数据线连接是否完好；再检查光驱跳线设置 是否正确；如这些都正常则可能是数据线本身损坏，更换即可。
[实例2]：不能进出盒或进出盒不顺畅。 故障分析与处理：
可能是进出盒电机插针接触不良或电机烧坏；也可能是进出盒机 结构中的传动带松动，将其更换即可。
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5.3.2 刻录机
1、刻录机工作原理：
150MB/S。 4、缓存： ➢ 作用：提高硬盘存取速度 ➢ 大小：2MB/8MB/16MB/32MB 5、磁道、磁头数、柱面数和扇区数： （1）磁头数：将磁电进行转换，一般有1个磁头 （2）柱面数：各面上磁道号相同的磁道合起来，称为一个柱面(Cylinder)