第四章 微型計算機的存儲設備 4 1內存 內存是計算機中數據存儲和交換的設備 在整個計算機中內存起著調節CPU和外部存儲器之間速度差異過大的作用 內存包括Cache 高速緩沖存儲器 ROM 只讀存儲器 和RAM 隨機存取存儲器 通常把RAM稱為內存 它是由各類半導體集成芯片組成的條狀物 所以也叫 內存條 4 1 1內存的分類 1 SDRAMSDRAM 即SynchronousDRAM 同步動態隨機存儲器 同步動態隨機存儲器 將CPU與RAM通過一個相同的時鐘鎖在一起 是RAM和CPU能共享一個時鐘周期 以相同的速度同步工作 避免了不必要的等待周期 減少數據存儲時間 存取速度比EDO內存提高50 2 DDRRAM雙速率內存 可在時鐘脈沖的上升沿和下降沿讀出數據 DDR2與DDR的區別與DDR相比 DDR2最主要的改進是在內存模塊速度相同的情況下 可以提供相當于DDR內存兩倍的帶寬 這主要是通過在每個設備上高效率使用兩個DRAM核心來實現的 作為對比 在每個設備上DDR內存只能夠使用一個DRAM核心 技術上講 DDR2內存上仍然只有一個DRAM核心 但是它可以并行存取 在每次存取中處理4個數據而不是兩個數據 3 SLDRAM同步鏈接內存是一種增強和擴展的SDRAM結構 將當前的4體結構擴展到16體 并增加了新接口和控制邏輯電路 多用于高速顯卡中 已經淘汰4 RDRAM內存RDRAM是RambusDynamicRandomAccessMemory 存儲器總線式動態隨機存儲器 的簡稱 理論上可以提供更大的帶寬 單根RDRAM數據傳輸速率可以達到1 6GB s sdram 4 1 2內存的主要性能指標 1 內存容量主流內存一般是64MB 128MB 256MB 512MB 1GB等系列 內存容量是多多益善 但要受到主板支持最大容量的限制2 數據寬度數據寬度指內存一次輸入 輸出的數據量 其大小與主板上的內存插槽 Bank 有關 一個Bank的數據帶寬由CPU與內存之間所需的數據通道寬度決定 3 存取時間指從CPU讀取到內存送出的時間 目前SDRAM芯片的存取時間為6 8ns或10ns 存取時間越短 CPU等待的時間越短 4 符合CPU外頻CPU在單位時間內處理指令的頻率稱為 主頻 由于CPU運行必須配合內存讀取數據 因此速度上必須與內存匹配 4 1 3雙通道內存技術 優點 雙通道內存系統 帶來內存帶寬提升 雙通道內存技術是雙通道內存控制技術 是在當前內存技術的基礎上開發的一種內存管理和控制技術 它的重點在于對內存的控制而不是內存本身 整合在芯片組北橋中的內存控制器承擔了這個功能 因此說它是芯片組技術似乎更合適 內存報價 1G的在200多左右 4 2硬盤驅動器 4 2 1硬盤驅動器簡稱硬盤 是PC機配置的大容量外部存儲器 由于采用了溫徹斯特 Winchester 技術 因此又稱為溫盤驅動器或溫盤 硬盤都是采用全密封結構 1 盤片 硬盤盤片是將磁粉附著在鋁合金圓盤片的表面上 這些磁粉被劃分成稱為磁道的若干個同心圓 每個粉末微粒代表狀態0和1 當這些小磁鐵收到來自磁頭的磁力影響的時候 其排列的方向會隨之改變 利用磁頭的磁力控制指定的一些小磁鐵方向 使每個小磁鐵都可以用來存儲信息 2 盤體 磁盤的盤體由多個盤片組成 轉速可達5400或者7200rpm甚至更高 3 磁頭 磁盤的磁頭用來讀取或者修改磁盤上磁性物質的狀態 磁頭在停止工作時 與磁盤是接觸的 但是在工作時呈飛行狀態 4 電機 磁盤內的電機都為無刷電機 在高速軸承支撐下機械磨損很小 可以長時間連續工作 磁盤磁頭的尋道伺服電機多采用音圈式旋轉或者直線運動步進電機 在伺服跟蹤的調節下精確的跟蹤盤片的磁道 5 控制電路板 硬盤的控制電路板大多采用帖片式元件焊接 包括主軸調用電路 磁頭驅動與伺服定位電路 讀寫電路 控制與接口電路等6 固定蓋板固定蓋板就是外殼 7 硬盤的接口 硬盤的接口包括電源接口和數據接口兩部分 其中電源插口與主機電源相連 數據接口則是硬盤數據和主板控制器之間進行傳輸交換的紐帶 4 2 2硬盤的常用技術指標 1 容量最主要的參數 硬盤的容量以兆字節 MB 或吉字節 GB 為單位 1GB 1024MB 2 轉速硬盤的轉速越快 需要等待的時間越短 轉速在很大程度上決定了硬盤的速度 IDE硬盤在5400 7200 1000rpm等 3 緩存起數據緩沖作用 提高硬盤和外部數據的傳輸速度 速度越大越好 一般為2MB4MB8MB 緩存容量的加大可以使得更多的預讀數據被容納4 平均尋道時間是指在磁盤面上移動磁頭到所指定磁道所需的時間 一般都在9 10ms 5 單碟容量僅次于硬盤轉速的重要因素 越大代表扇區間的密度越大 在硬盤轉速相同的情況下 單碟容量越大在相同的時間內可以讀取更多的文件 傳輸速率也會加快 容量是60GB80GB6 傳輸模式主要有UltraDMA 33 UltraDMA 66 UltraDMA 100 UltraDMA 133 UltraDMA 100也就是ATA 100 它是在原有的ATA 66基礎上推出的新一代接口類型 得到了Intel和其他一些第一流芯片制造商的支持 特點及好處就是將硬盤的最大外部數據傳輸速率提高到了100MB s 7 發熱量硬盤發熱量的大小對硬盤使用壽命有一定影響 4 2 3硬盤的選用 1 硬盤接口IDE接口具有速度快 兼容性好 價格低廉的優點 2 主軸轉速盡量選用7200或者是10000rpm的硬盤3 緩存容量盡量選用緩存容量在1MB以上的硬盤4 穩定性穩定性要高 5 發熱問題在發熱量和轉速之間尋求一個平衡 6 品牌QUANTUM 昆騰 SEAGATE IBM MAXTOR 4 2 4SATA硬盤 UltraDMA 100UltraDMA 133和SATA接口最根本的不同在于 前者硬盤所有的ATA接口類型都是采用并行方式進行數據處理 因此統稱為并行ATA 而SerialATA是采用串行方式進行數據傳輸 目前它的傳輸速度已經達到150MB s 以后會增長到300MB s 第三代會發展到600MB s SATA硬盤與ATA硬盤相比優勢和區別 1 采用SATA的存儲設備配置起來要比采用并行ATA簡便的多 2 SATA還采用低電壓差分信號技術 數據傳輸速率更高更遠 而且信號電壓從并行ATA的5V降到了SATA的0 7V 不僅降低了磁盤驅動器的功耗 還縮小了開關控制器的尺寸 3 SATA采用了點對點拓撲結構 而不是普遍應用于并行ATA或SCSI技術的基于總線的架構 所以SATA可以為每個連接設備提供全部帶寬 從而提高了總體性能 4 SATA最重要的特性就是熱插拔 給普通用戶帶來的好處就是不需要再買昂貴的移動硬盤 配合外置的SATA接口 完全可以用SATA硬盤作為外置存儲設備 5 目前使用的SATA標準為2 0 用于數據傳輸的有效速率峰值達到了150MB s 6 價格略高于傳統PATA硬盤 還有一個缺點就是 再WindowsXP中SATA硬盤需要安裝附加的驅動程序 因為WindowsXP本身不直接支持串行ATA控制器 安裝WindowsXP的時候必須從軟驅中搜索第三方的SATA驅動 若沒有主板附帶的軟盤驅動時 必須將光盤中的驅動拷貝到軟盤中 所以 首先須要有軟驅才行 如果你安裝Windows98系統的話 只需要在BIOS中把啟動選擇為SCSI SATA就可以像普通IDE硬盤一樣正常安裝了 4 3移動硬盤與優盤 4 3 1移動硬盤外觀輕便 便于攜帶 它擁有安全 穩定 便捷 大容量 存儲高速的特性 多采用USB接口 支持熱插拔技術 容量大約在20GB 100GB 傳輸速率12MB s 平均尋道時間為12ms 優的移動存儲設備還內置數據加密 確保數據不外泄 4 3 2優盤與MP3播放器 1 優盤優盤由硬件部分和軟件部分組成 其中硬件部分包括Flash存儲芯片 控制芯片 USB接口 PCB板 外殼 電容 電阻等 軟件部分由嵌入式程序與應用軟件組成 嵌入式程序嵌入在控制芯片中 是閃存的核心技術 它決定了該優盤是否支持雙啟動和是否支持USB2 0協議等 優盤按功能可以分為 1 加密型一種是專門制作的加密產品 另一種是在無驅動型優盤的基礎上附加了加密軟件 2 啟動型在計算機啟動后 優盤被認做一個硬盤以實現啟動3 無驅動型在任何系統中不需要驅動 真正實現 即插即用 2 MP3播放器 MP3是MPEGAudioLayer3的簡稱 MP3播放器由液晶顯示屏 微處理器 數碼信號處理器芯片 輸入輸出控制器 放大器和一些按鈕組成 價格 4 4光盤驅動器 光盤驅動器又稱為CD ROM驅動器 只讀光盤驅動器 具有容量大 速度快 兼容性強 盤體成本低等優點 4 4 1光驅的結構和工作原理1 光驅的工作原理 在無盤狀態下 光驅加電后 激光頭組件啟動 此時光驅面板指示燈將閃亮 同時激光頭組件移動到主軸馬達附近 并由內向外順著軌道步進移動 最后又回到主軸馬達附近 激光頭聚焦透鏡將向上移動三次搜索光盤 同時主軸馬達也順時針啟動三次 然后激光頭組件復位 主軸馬達停止運行 面板指示燈熄滅 光驅中若放人光盤 激光頭聚焦透鏡重復搜索 找到光盤后主軸馬達將加速旋轉 此時若讀取光盤 面板指示燈不停閃動 步進電機帶動激光頭組件移動到光盤數據處 聚焦透鏡將數據發射到接收光電管 再由數據帶傳送到系統 計算機就可讀取光盤數據 若停止讀取光盤 激光頭組件和馬達仍將處于加載狀態中 面板指示燈熄滅 2 光驅讀取數據的原理 光驅數據能否被準確的讀出由三個主要因素 1 磁道聚焦 即聚焦于適當磁道的能力 2 徑向聚焦 光束停留于某以磁道的能力 3 恒定的數據速率 從螺旋狀磁道得到的恒定讀出速率 3 光驅運作的幾種方式 1 CLV恒定線速度 2 CAV恒定角速度 4 光驅的結構 1 耳機插孔 音量控制 指示燈 緊急出盒孔 打開 關閉 停止按鈕 播放 跳道按鈕 2 后面有電源線接口 主從跳線 數據線接口 音頻線接口 3 內部結構激光頭組件 旋轉馬達 控制電路板 光盤托架 4 4 2光驅的性能指標 1 數據傳輸速率2 平均尋道時間3 光驅的接口類型4 CPU的占用率5 防震 靜噪等性能6 數據緩沖區大小 4 4 3DVD光驅 數字通用光盤 同CD相比 具有更高的存儲數據量 單面單層的存儲量可達到4 7GB DVD區域代碼 在DVD光驅 影碟機盒其碟片上編入6個不同的區域代碼 使它們之間不能相互讀取 DVD光驅的選用 1 倍速 即數據的傳輸速率 其標稱的4倍速 5倍速指的是讀取DVD盤片時的數據傳輸速率 而在讀取CD盤片時 其倍速可達到24倍速以上 2 多格式支持 是指該DVD光驅能支持和兼容讀取多少種碟片的問題 3 接口方式 主要有IDE和SCSI兩種 4 數據緩存 緩存容量越大 它的Cache的命中率就越高 光驅保養 1 防止灰塵進入光驅2 光驅用單獨的數據線連接IDE23 不要對IDE接口的光驅進行熱插拔4 不要使用有裂痕的光盤 以免出現炸盤情況5 不要用光驅來播放 DVCD 影碟6 不要讓光驅使用嚴重 擦花 的光盤7 正確使用光盤來保證光驅讀盤順利8 不要頻繁地進行進 出倉操作 4 5光盤刻錄機 4 5 1工作原理它的內部由激光器 感光器 反射光束 光電裝置 瞄準鏡 目標鏡及光柵等部件組成 它在讀盤時 激光器發出的激光射向旋轉中的光盤 然后反射光通過一片透鏡并射向接收數據的光電裝置 光電裝置的電路能辨識出激光所反射回來的數據 在光盤上 數據是以凹槽及平面的形式編碼 而光電裝置的電路能辨識出激光射中的平面及凹槽所走的距離差 距離差稱為相位提升 時光盤中存儲與讀取數據的基礎 經光電讀取裝置反射到感光器的光 經過平面有凹槽反射回的光 將轉換成1與0的形式存在 在發射激光時 數據為1 則發射光 當開始刻錄時 光盤刻錄機的激光束通過塑膠基片 刻錄機上 加熱有機涂料 受熱后變形上升而凸出至金屬層 這樣來回反復 將數據寫道光盤上 4 5 2性能參數 1 讀寫速度刻錄機有三個速度的指標 刻錄速度 復寫速度 讀取速度 讀寫速度是光盤刻錄機的重要指標 16 10 32 2 接口方式因SCSI接口在CPU資源占用和數據傳輸的穩定性方面要好于其他接口 系統和軟件對該接口刻錄機刻錄過程的影響也較小 刻錄質量最好 但需要另外購置SCSI接口卡 IDE接口的刻錄質量低于SCSI接口 但價格低 兼容性好 對系統和軟件依賴性較強 并口有SPP EPP和ECP模式 其中EPP和ECP為告訴模式 這兩種接口模式刻錄機能達到6倍速讀 2倍速寫的要求 而SPP只能達到2倍速讀 1倍速寫 3 內置或者外置內置式的節省空間 價格便宜 一般用SCSI或者IDE接口 外置式的特點是散熱好 便于攜帶 一般使用SCSI接口 USB接口或者并口 內置或外置只是接口不同 4 緩存緩存大小是衡量光盤刻錄機性能的重要指標之一 緩存的容量越大 刻錄的成功性越高 5 兼容性刻錄機的兼容性主要表現在刻錄盤片與刻錄方式方面 4 5 3光盤刻錄機的選用 性能指標方面最好選用緩存2MB或更大的刻錄機 選擇接口卡時應考慮經濟條件 防塵散熱的設計 品牌 配件是否齊全 4 6軟盤驅動器 1 盤片驅動機構它具有一個 12v的直流伺服電機由它帶動盤片以300轉 分的恒速旋轉 當驅動器關門以后 磁頭加載電路使磁頭與盤面接觸 等待讀寫命令的到來 2 磁頭定位機構采用四相雙拍步進電機 由步進電機帶動磁頭小車沿磁盤半徑方向作徑向直線運動 從適配器接口送來的 方向 和 步進 控制脈沖 驅動步進電機使磁頭定位到需尋址的磁道和扇區 3 數據讀寫抹電路系統讀寫抹磁頭作為一個整體安裝在一起 下兩個磁頭共用一套讀寫電路 完成數據的讀入和寫出 4 狀態檢測系統包括四個檢測裝置 00磁道檢測裝置 索引孔檢測裝置 寫保護檢測裝置與盤片更換檢測裝置 它們各自向適配器輸送相應的接口信號 00磁道檢測裝置用于檢測碰頭起始道00的位置 有微動開關和光電傳感器兩種 當磁頭小車回到00道位置時 應檢測到 00道 信號索引孔檢測裝置由發光二極管和光敏元件組成 用于對索引孔進行檢測 當主軸電機轉速為300轉 分時 測得索引孔脈沖信號INDEX的周期為200ms 脈沖寬度約4ms 寫保護檢測裝置亦有微動開關和光電傳感器兩種 用于對盤片的寫保護狀態進行檢測 當盤片處于寫保護狀態 輸出寫保護信號 WriteProtect